JP4869896B2 - Optical tomographic imaging system - Google Patents
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Description
本発明は、OCT(Optical Coherence Tomography)計測により測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置に関する。 The present invention relates to an optical tomographic imaging apparatus that acquires an optical tomographic image to be measured by OCT (Optical Coherence Tomography) measurement.
従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、OCT計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。 Conventionally, when an optical tomographic image of a living tissue is acquired, an optical tomographic image acquisition device using OCT measurement is sometimes used. This optical tomographic image acquisition apparatus divides low-coherent light emitted from a light source into measurement light and reference light, and then reflects or backscatters light from the measurement object when the measurement light is applied to the measurement object. The light and the reference light are combined, and an optical tomographic image is acquired based on the intensity of the interference light between the reflected light and the reference light. Hereinafter, the reflected light and the backscattered light from the measurement object are collectively referred to as reflected light.
上記のOCT計測には、大きくわけてTD−OCT(Time domain OCT)計測とFD(Fourier Domain)−OCT計測の2種類がある。TD−OCT(Time domain OCT)計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置(以下、深さ位置という)に対応した反射光強度分布を取得する方法である。 The OCT measurement is roughly divided into two types: TD-OCT (Time domain OCT) measurement and FD (Fourier Domain) -OCT measurement. In TD-OCT (Time domain OCT) measurement, reflected light corresponding to a position in the depth direction of a measurement target (hereinafter referred to as a depth position) is measured by measuring the intensity of interference light while changing the optical path length of the reference light. This is a method for obtaining an intensity distribution.
一方、FD(Fourier Domain)−OCT計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。TD−OCTに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。 On the other hand, the FD (Fourier Domain) -OCT measurement measures the interference light intensity for each spectral component of the light without changing the optical path lengths of the reference light and the signal light, and uses the obtained spectral interference intensity signal as a computer. In this method, the reflected light intensity distribution corresponding to the depth position is obtained by performing frequency analysis represented by Fourier transform. In recent years, it has attracted attention as a technique that enables high-speed measurement by eliminating the need for mechanical scanning existing in TD-OCT.
FD(Fourier Domain)−OCT計測を行う装置構成で代表的な物としては、SD−OCT(Spectral Domain OCT)装置とSS−OCT(Swept source OCT)の2種類が挙げられる。SD−OCT装置は、SLD(Super Luminescence Diode)やAES(Amplified Spontaneous Emission)光源、白色光といった広帯域の低コヒーレント光を光源に用い、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光をスペクトロメータを用いて各周波数成分に分解し、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて各周波数成分毎の干渉光強度を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより、光断層画像を構成するようにしたものである。 Typical examples of the apparatus configuration for performing FD (Fourier Domain) -OCT measurement include an SD-OCT (Spectral Domain OCT) apparatus and an SS-OCT (Swept source OCT). The SD-OCT apparatus uses broadband low-coherent light such as SLD (Super Luminescence Diode), AES (Amplified Spontaneous Emission) light source, white light as a light source, and uses a Michelson interferometer or the like to generate broadband low-coherent light. After splitting into measurement light and reference light, irradiate the measurement light on the object to be measured, cause the reflected light and reference light that have returned at that time to interfere with each other, and decompose this interference light into frequency components using a spectrometer. Then, the interference light intensity for each frequency component is measured using a detector array in which elements such as photodiodes are arranged in an array, and the spectrum interference intensity signal obtained thereby is Fourier transformed by a computer to obtain an optical signal. A tomographic image is constructed.
一方、SS−OCT装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザを光源に用い、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである。 On the other hand, the SS-OCT apparatus uses a laser that temporally sweeps the optical frequency as a light source, causes reflected light and reference light to interfere at each wavelength, and measures the time waveform of the signal corresponding to the temporal change of the optical frequency. An optical tomographic image is constructed by Fourier-transforming the spectral interference intensity signal thus obtained with a computer.
OCT装置において、より高分解能、高画質な結果を得るために、光源波長の広帯域化、及びそれに応じたデータ点数アップが必要である。しかし、SD−OCT装置では、一般に、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて干渉光を波長ごとに検出しているため、データ点数はディテクタアレイの素子数で制限されてしまう。データ点数増加のためにディテクタアレイの素子数を増加させようとすると、現状では、コストの増大、製作性の低下、測定レートの低下等が起こり、好ましくない。これに対して、SS−OCT装置では、データ点数を増加させるには、例えば光源の周波数掃引周期が一定とした場合、ディテクタからの光電流信号をデジタル値に変換する回路のサンプリング周波数を増加させればよいので、測定レートを高く維持したまま、低コストで容易に実現可能である。 In the OCT apparatus, in order to obtain a result with higher resolution and higher image quality, it is necessary to widen the wavelength of the light source and increase the number of data points accordingly. However, since the SD-OCT apparatus generally detects interference light for each wavelength using a detector array in which elements such as photodiodes are arranged in an array, the number of data points is limited by the number of elements in the detector array. End up. Attempting to increase the number of detector array elements in order to increase the number of data points is not preferable because of an increase in cost, a decrease in manufacturability, and a decrease in measurement rate. On the other hand, in the SS-OCT apparatus, in order to increase the number of data points, for example, when the frequency sweep cycle of the light source is constant, the sampling frequency of the circuit that converts the photocurrent signal from the detector into a digital value is increased. Therefore, it can be easily realized at a low cost while keeping the measurement rate high.
また、上述した各種OCT計測において、空間分解能の向上を図るために、広帯域なスペクトル幅を有する測定光を用いることが知られている(特許文献1参照)。この広帯域なスペクトル幅を有する光を射出する光源として、特許文献1にはそれぞれ異なるスペクトル帯域の光を射出する複数の光源と、各光源から射出された光を光結合器により合波し、単一光波の光を射出する方法が開示されている。
In the various OCT measurements described above, it is known to use measurement light having a wide spectrum width in order to improve spatial resolution (see Patent Document 1). As a light source that emits light having a broad spectrum width,
SD−OCT計測においては、特許文献2に、重複した波長帯域を持つ複数の利得媒質の光を合波して連続したスペクトルを形成する方法が開示されている。また、SS−OCT計測において合波により連続したスペクトルを形成する方法としては、特許文献3に、利得媒質と波長選択素子をそれぞれ有する複数の波長走査光源を備えた構成が開示されており、特許文献4に、複数の利得媒質からの光を1つの波長選択素子で同時に制御する構成が開示されている。
上記のように、高い空間分解能を得るために複数の光源の光を合波して用いる場合、従来のSS−OCT装置では、ディテクタが1素子であるために、複数の光源から異なる波長の光が同時に射出されて測定対象に照射されると、これら複数の光による干渉情報が混ざり合い、検出できなくなるという問題がある。 As described above, when combining and using light from a plurality of light sources in order to obtain a high spatial resolution, the conventional SS-OCT apparatus has a single detector, and therefore light of different wavelengths from the plurality of light sources. Are emitted at the same time and irradiated onto the measurement object, there is a problem that interference information by these plural lights is mixed and cannot be detected.
そのため、特許文献3,特許文献4に記載の装置では、光源の制御、もしくはスイッチング素子等の利用により、ディテクタに入射する光の波長は1つになるように構成している。しかしながら、このような方法では、測定光として広帯域の光を用いることはできるが、測定光の全波長帯域の光を照射するには時間がかかるため、測定レートが低下するという問題が生じる。
For this reason, the devices described in
そこで、本発明は上記事情を鑑みなされたものであり、高速に高分解能の断層画像を取得可能な光断層画像化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical tomographic imaging apparatus capable of acquiring a high-resolution tomographic image at high speed.
本発明の光断層画像化装置は、第1の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される第1の光を射出する第1の光源と、前記第1の波長帯域と波長帯域が異なる第2の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される第2の光を射出する第2の光源とを有し、前記第1の光の掃引の一部と第2の光の掃引の一部とが同時に行なわれる光源ユニットと、
前記第1の光および第2の光をそれぞれ第1および第2の測定光と第1および第2の参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記第1および第2の測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光である第1および第2の反射光と前記第1および第2の参照光とをそれぞれ合波する合波手段と、
該合波手段により前記第1の反射光と前記第1の参照光とが合波されたときに生ずる第1の干渉光を第1の干渉信号として検出する第1の干渉光検出手段と、
前記合波手段により前記第2の反射光と前記第2の参照光とが合波されたときに生ずる第2の干渉光を第2の干渉信号として検出する第2の干渉光検出手段と、
前記第1および第2の干渉光検出手段により検出された前記第1および第2の干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えた光断層画像化装置であって、
前記測定対象からの前記反射光または前記干渉光を、該反射光または該干渉光の波長が、第3の波長帯域内である場合には前記第1の干渉光検出手段側へ射出し、前記第3の波長帯域とは離れた第4の波長帯域内である場合には前記第2の干渉光検出手段側へ射出し、前記第3の波長帯域と前記第4の波長帯域の間の第5の波長帯域内である場合には、前記第1の干渉光検出手段側および第2の干渉光検出手段側へ射出する波長分割手段を有し、
前記第1の波長帯域および/または前記第2の波長帯域が、前記第5の波長帯域の少なくとも一部の波長帯域を含むものであり
前記断層画像が、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、前記一方の光源から射出されている光に基づいた前記第1の干渉信号または前記第2の干渉信号のみを用いて生成されているものであることを特徴とするものである。
The optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a first light source that emits first light whose wavelength is repeatedly swept within the first wavelength band, and a second light source having a wavelength band different from the first wavelength band. A second light source that emits a second light whose wavelength is repeatedly swept within a wavelength band, and a part of the first light sweep and a part of the second light sweep are performed simultaneously. A light source unit,
Light splitting means for splitting the first light and the second light into first and second measurement light and first and second reference light, respectively;
The first and second reflected light and the first and second reflected light that are reflected from the measurement object when the measurement object is irradiated with the first and second measurement lights divided by the light dividing means A combining means for respectively combining the reference light of
First interference light detection means for detecting, as a first interference signal, first interference light generated when the first reflected light and the first reference light are multiplexed by the multiplexing means;
Second interference light detection means for detecting, as a second interference signal, second interference light generated when the second reflected light and the second reference light are multiplexed by the multiplexing means;
An optical tomographic imaging apparatus comprising: a tomographic image processing unit configured to generate a tomographic image of the measurement target using the first and second interference signals detected by the first and second interference light detection units. There,
The reflected light or the interference light from the measurement object is emitted to the first interference light detection means side when the wavelength of the reflected light or the interference light is within a third wavelength band, When it is within a fourth wavelength band that is distant from the third wavelength band, the light is emitted to the second interference light detection means side, and the second wavelength band between the third wavelength band and the fourth wavelength band is emitted. 5 having a wavelength division unit that emits light to the first interference light detection unit side and the second interference light detection unit side,
The first wavelength band and / or the second wavelength band includes at least a part of the fifth wavelength band, and the tomographic image includes the first light source and the second wavelength band. While light having a wavelength within the fifth wavelength band is emitted from one of the light sources, only the first interference signal or the second interference signal based on the light emitted from the one light source It is what is produced | generated using.
前記断層画像処理手段は、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光が射出されている間の干渉信号としては、前記一方の光源から射出されている光に基づいた干渉信号のみを用いるものであってもよい。 The tomographic image processing means emits light from one of the first light source and the second light source as an interference signal while light having a wavelength in the fifth wavelength band is emitted from the one light source. Only interference signals based on the light being used may be used.
また、前記干渉光検出手段は、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、前記一方の光源から射出されている光に基づいた前記第1の干渉信号または第2の干渉信号のみを検出するものであってもよい。 Further, the interference light detection means is emitted from the one light source while light having a wavelength within the fifth wavelength band is emitted from one of the first light source and the second light source. Only the first interference signal or the second interference signal based on the light that is present may be detected.
前記光源ユニットは、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光を射出している間は、前記一方の光源のみから前記第5の波長帯域内の波長の光を射出するものであってもよい。 While the light source unit emits light having a wavelength within the fifth wavelength band from one of the first light source and the second light source, only the one light source emits the fifth wavelength band. The light of the inside wavelength may be emitted.
また、前記光源ユニットは、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光を射出している間は、前記一方の光源のみから光を射出するものであってもよい。 The light source unit emits light from only one of the first light source and the second light source while emitting light having a wavelength within the fifth wavelength band from one of the first light source and the second light source. It may be a thing.
前記光源ユニットは、所定時間帯において、前記第1の光源から前記第3の波長帯域内の波長の光を射出し、かつ同時に前記第2の光源から前記第4の波長帯域内の波長の光を射出するものであり、前記第1の光源から前記第5または前記第4の波長帯域内の波長の光を射出している間は、前記第1の光源のみから光を射出し、前記第2の光源から前記第5または前記第3の波長帯域内の波長の光を射出している間は、前記第2の光源のみから光を射出するものであってもよい。 The light source unit emits light having a wavelength within the third wavelength band from the first light source and simultaneously emits light having a wavelength within the fourth wavelength band from the second light source during a predetermined time period. While the light having the wavelength in the fifth or fourth wavelength band is emitted from the first light source, the light is emitted only from the first light source, and the first light source emits light. While light having a wavelength within the fifth or third wavelength band is emitted from two light sources, light may be emitted only from the second light source.
前記第1の波長帯域の一部と前記第2の波長帯域の一部とは重複しているものであってもよい。 A part of the first wavelength band and a part of the second wavelength band may overlap.
前記断層画像処理手段は、前記第1の干渉光検出手段および第2の干渉光検出手段により得られた、波長帯域の一部が重複する第1の干渉信号および第2の干渉信号を接続して、ひとつの干渉信号を形成し、該干渉信号に基づいて断層画像を生成するものであってもよい。 The tomographic image processing unit connects the first interference signal and the second interference signal obtained by the first interference light detection unit and the second interference light detection unit and having a part of overlapping wavelength bands. Thus, one interference signal may be formed, and a tomographic image may be generated based on the interference signal.
前記波長分割手段は、波長分割多重カプラーであってもよい。 The wavelength division means may be a wavelength division multiplex coupler.
前記光分割手段および前記合波手段は、前記第1の光および第2の光ごとにそれぞれ設けられているものであってもよい。 The light splitting unit and the multiplexing unit may be provided for each of the first light and the second light.
本発明の光断層画像化装置によれば、前記測定対象からの前記反射光または前記干渉光を、該反射光または該干渉光の波長が、第3の波長帯域内である場合には前記第1の干渉光検出手段側へ射出し、前記第3の波長帯域とは離れた第4の波長帯域内である場合には前記第2の干渉光検出手段側へ射出し、前記第3の波長帯域と前記第4の波長帯域の間の第5の波長帯域内である場合には、前記第1の干渉光検出手段側および第2の干渉光検出手段側へ射出する波長分割手段を有しているため、第1の光源、および第2の光源からそれぞれ第3の波長帯域の光および第4の波長帯域の光が射出されている間は、各光源から射出された光は、波長分割手段で波長分割され、それぞれ干渉光検出手段で受光されるため、波長が異なる複数の光を同時に測定対象に照射しても、このとき生じた複数の干渉光による複数の干渉信号が混ざり合うことはなく、複数の干渉信号を各光ごとに同時に得ることができるので、従来に比べて測定レートを向上させることができる。ここで、「各光ごとに」とは、同じ波長帯域の光ごとにという意味であるとする。 According to the optical tomographic imaging apparatus of the present invention, when the reflected light or the interference light from the measurement object has a wavelength of the reflected light or the interference light within a third wavelength band, 1 to the interference light detection means side, and in the fourth wavelength band apart from the third wavelength band, emits to the second interference light detection means side, and the third wavelength A wavelength division unit that emits light to the first interference light detection unit side and the second interference light detection unit side when within a fifth wavelength band between the band and the fourth wavelength band; Therefore, while the light of the third wavelength band and the light of the fourth wavelength band are respectively emitted from the first light source and the second light source, the light emitted from each light source is wavelength-divided. The wavelength is divided by the means and received by the interference light detection means. Even if the measurement target is irradiated, multiple interference signals due to the multiple interference lights generated at this time will not be mixed, and multiple interference signals can be obtained for each light at the same time. The rate can be improved. Here, “for each light” means for each light in the same wavelength band.
また、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、前記一方の光源から射出されている光に基づいた前記第1の干渉信号または前記第2の干渉信号のみを用いて断層画像が生成されるため、波長分割手段で厳密に波長を分割することが困難である第5の波長帯域内の光が射出されている場合であっても、複数の干渉光による複数の干渉信号が混ざり合うことはなく、複数の干渉信号を光ごとに同時に得ることができる。このため、広帯域で連続なスペクトルに渡る干渉信号を検出することができ、高速に高分解能の断層画像を取得することができる。 In addition, while light having a wavelength within the fifth wavelength band is emitted from one of the first light source and the second light source, the first light source based on the light emitted from the one light source. Since the tomographic image is generated using only one interference signal or the second interference signal, the light in the fifth wavelength band, which is difficult to divide the wavelength strictly by the wavelength dividing means, is emitted. Even if it is a case, the several interference signal by several interference light is not mixed, and several interference signal can be obtained simultaneously for every light. For this reason, it is possible to detect interference signals over a wide band and continuous spectrum, and to acquire a high-resolution tomographic image at high speed.
さらに、従来の複数の光源や複数の利得媒質を備えたものでは、ディテクタに入射する光の波長が1つになるように同期をとって制御する必要があったが、本発明の光断層画像化装置によれば、このような制御は不要であり、装置を簡略化することができる。また、本発明の光断層画像化装置では、各光の波長帯域に応じて各干渉光検出手段を最適化した構成にすることができるため、各干渉光検出手段における検出精度を高め、取得する断層画像の分解能を向上させることができる。さらに、干渉光検出手段に用いる部品は、広帯域の光に対応する必要はなく、各光の波長帯域にのみ対応していればよいため、従来に比べて制約条件が緩和され、汎用的な部品が使用可能となり、装置構成が容易になる。 Furthermore, in the conventional apparatus including a plurality of light sources and a plurality of gain media, it has been necessary to perform control in synchronization so that the wavelength of light incident on the detector becomes one. According to the converting apparatus, such control is unnecessary, and the apparatus can be simplified. Further, in the optical tomographic imaging apparatus of the present invention, each interference light detection means can be optimized according to the wavelength band of each light, so that the detection accuracy in each interference light detection means is improved and acquired. The resolution of the tomographic image can be improved. Furthermore, the components used for the interference light detection means do not need to support broadband light, and only need to support the wavelength band of each light. Can be used, and the device configuration becomes easy.
以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形態による光断層画像化装置100の概略構成図である。光断層画像化装置100は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をマッハツェンダ型干渉計を用いて前述のSS−OCT計測により取得するものである。
Hereinafter, an embodiment of an optical tomographic imaging apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical
光断層画像化装置100は、波長が、波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm)内で、一定の周期で掃引されるレーザ光Laを射出する光源10aと、波長が、波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm)内で、一定の周期で掃引されるレーザ光Lbを射出する光源10bとを有する光源ユニット10と、光源ユニット10から射出された光LaとLbとを合波する合波手段2と、光Laおよび光Lbをそれぞれ測定光L1aと参照光L2a、測定光L1bと参照光L2bに分割する光分割手段3と、ポートaに入射された測定光L1a、L1bをポートbへ射出し、ポートbへ入射された反射光L3aとL3bとをポートcへ射出するサーキュレータ4と、反射光L3aとL3bとを分割する波長分割手段5aと、参照光L2aと参照光L2bとを分割する波長分割手段5bと、反射光L3aと参照光L2aとを合波する合分波手段6aと、反射光L3bと参照光L2bとを合波する合分波手段6bと、合分波手段6aにより反射光L3aと参照光L2aとが合波されたときに生ずる干渉光L4aを干渉信号として検出する干渉光検出手段40aと、合分波手段6bにより反射光L3bと参照光L2bとが合波されたときに生ずる干渉光L4bを干渉信号として検出する干渉光検出手段40bと、干渉光検出手段40aおよび40bにより検出された干渉信号を用いて測定対象Sの断層画像を取得する断層画像処理手段50とを備えている。
The optical
なお、測定光L1a、参照光L2a、反射光L3a、干渉光L4aは光Laに基づくものであり、光Laと同じ波長帯域の光である。また、測定光L1b、参照光L2b、反射光L3b、干渉光L4bは光Lbに基づくものであり、光Lbと同じ波長帯域の光である。 Note that the measurement light L1a, the reference light L2a, the reflected light L3a, and the interference light L4a are based on the light La and are light in the same wavelength band as the light La. Further, the measurement light L1b, the reference light L2b, the reflected light L3b, and the interference light L4b are based on the light Lb and are light in the same wavelength band as the light Lb.
光源ユニット10は、波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm)内で、波長が、間欠的にかつ繰り返し掃引されるレーザ光Laを射出する波長掃引光源である光源10aと、波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm) 内で、波長が、間欠的にかつ繰り返し掃引されるレーザ光Lbを射出する波長掃引光源である光源10bとを有している。
The
光源ユニット10の光源10aは、利得媒質である半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)11aと、FFP−TF(Fiber Fabry Perot − Tunable Filter)からなる波長選択手段12aと、半導体光増幅器11aおよび波長選択手段12aの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ13aとから主に構成されている。
The
半導体光増幅器11aは、駆動電流の注入により微弱な放出光を一端側に接続された光ファイバ13aに射出するとともに、他端側の光ファイバ13aから入射された光を増幅する機能を有している。半導体光増幅器11aは、例えば波長1250nm〜1350nmに発光帯域を持つInGaAsP素子で構成されている。この半導体光増幅器11aにより、リング状の共振器においてレーザ光が発振し、このレーザ光が光ファイバ13aに接続された分岐比10:90の光カプラ14aにより分岐され、光ファイバFB1aにより導波されて光Laとして外部へ射出される。波長選択手段12aは、透過させる光の波長を、波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm)内で、一定の周期でを変更するように構成されている。
The semiconductor
光源10bもまた、光源10aと同様の構成を有し、利得媒質である半導体光増幅器11bと、FFP−TFからなる波長選択手段12bと、これらの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ13bとから主に構成されている。半導体光増幅器11bも、InGaAsP素子で構成されている。光源10bの共振器において発振したレーザ光は、光ファイバ13bに接続された分岐比10:90の光カプラ14bにより分岐され、光ファイバFB1bにより導波されて光Lbとして外部へ射出される。光源10bにおいては、波長選択手段12bは、透過させる光の波長を、波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm)内で、一定の周期で変更するように構成されている。
The
光源10a、10bの波長掃引の様子を図2Aに、光源10a、10bのスペクトルを図2BにそれぞれLa、Lbを付して示す。光源10aは、波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm )内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Laを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。光源10bは、波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm )内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Lbを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。また、光源10bにおいて、光Lbの掃引は、光源10aにおける光Laの掃引よりも1ms遅れて開始される。
The state of the wavelength sweep of the
光ファイバFB1aを伝播した光Laと、光ファイバFB1bを伝播した光Lbとは、光合波手段2により合波され、光ファイバFB31へ射出され、光ファイバFB31を伝播して、光分割手段3へ入射する。 The light La propagated through the optical fiber FB1a and the light Lb propagated through the optical fiber FB1b are combined by the optical combining means 2, emitted to the optical fiber FB31, propagated through the optical fiber FB31, and then to the light dividing means 3. Incident.
光分割手段3は、例えば、分岐比90:10の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段3は、光Laを測定光L1aと参照光L2aとに分割し、光Lbを測定光L1bと参照光L2bとに分割する。このとき、光分割手段3は、測定光:参照光=90:10の割合で分割する。測定光L1aおよびL1bは、ファイバFB32へ射出され、参照光L2aおよびL2bは、ファイバFB33へ射出される。
The light splitting means 3 is composed of, for example, a 2 × 2 optical coupler having a branching ratio of 90:10. The
光分割手段3とプローブ30の間の光路には、サーキュレータ4が設けら、サーキュレータ4の光分割手段3の側のポートaに入射した測定光L1aおよびL1bは、プローブ30側のポートbからファイバFB34へ射出される。
A
プローブ30は、光学ロータリコネクタ31を介して入射された測定光L1a、L1bを測定対象Sまで導波し、測定対象Sの同一部位に同時に照射する。また、プローブ30は、測定光L1a、L1bが測定対象Sに照射されたときの測定対象Sからの反射光L3a、L3bを導波する。プローブ30は、図示しないモータにより、光学ロータリコネクタ31から先のファイバ部が回転する構成となっており、それによりサンプル上において円周状に光を走査する様になっており、これにより2次元断層画像が計測可能となっている。さらに、図示しないモータによりプローブ30の先端が光路の走査円が形成する平面に対して垂直な方向に走査する事により、3次元断層画像の計測も可能となっている。また、プローブ30は、図示しない光コネクタにより光ファイバFB34に対して着脱可能に取り付けられている。勿論、プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではなく、例えば、ファイバ先端に高速走査ミラーを配置して2次元走査を行うような構成でもよい。
The
プローブ30からファイバFB34を介して射出された反射光L3aおよびL3bは、サーキュレータ4のポートbへ入射し、ポートcから、ファイバFB35へ射出され、その後、波長分割手段5aへ入射する。
The reflected lights L3a and L3b emitted from the
波長分割手段5aは、たとえばWDMカプラから構成され、波長1310nm以上の光は、光ファイバFB36a側へ射出し、波長1290nm以下の光は光ファイバFB36b側へ射出し、また波長帯域1290nm〜1310nmの光は、両側へ射出する。具体的には、波長帯域1290nm〜1310nmの光は、光ファイバFB36a側へ約0〜100%に変化する分割率で分割し、光ファイバFB36b側へは、約100〜0%に変化する分割率で分割するものである。このため、反射光L3aの大部分は光ファイバFB36a側へ射出され、反射光L3bの大部分は光ファイバFB36b側へ射出される。一方反射光L3aの一部(1295nm〜1310nmの光の一部)は、光ファイバFB36b側へ射出され(以下光ファイバFB36b側へ射出された反射光L3aを漏洩反射光L3asと記載する)、反射光L3bの一部(1290nm〜1305nmの光の一部)は光ファイバFB36a側へ射出される(以下光ファイバFB36a側へ射出された反射光L3bを漏洩反射光L3bsと記載する)。光ファイバFB36aには合分波手段6aが結合されており、光ファイバFB36bには合分波手段6bが結合されている。
The wavelength division means 5a is composed of, for example, a WDM coupler. Light having a wavelength of 1310 nm or more is emitted to the optical fiber FB36a side, light having a wavelength of 1290nm or less is emitted to the optical fiber FB36b, and light having a wavelength band of 1290nm to 1310nm. Injects on both sides. Specifically, the light in the
一方、光分割手段3により分離された参照光L2a、L2bは、光ファイバFB33により導波されて、光ファイバ33の途中に設けられた光路長調整手段7により光路長を変更された後、波長分割手段5bに入射する。 On the other hand, the reference lights L2a and L2b separated by the light splitting means 3 are guided by the optical fiber FB33, and after the optical path length is changed by the optical path length adjusting means 7 provided in the middle of the optical fiber 33, the wavelength is changed. The light enters the dividing means 5b.
波長分割手段5bは、波長分割手段5aと同様に、たとえばWDMカプラから構成され、波長1310nm以上の光は、光ファイバFB37a側へ射出し、波長1290nm以下の光は光ファイバFB37b側へ射出し、また波長が1290nmより長く1310nmより短い光は、両側へ射出するものである。すなわち、波長分割5bでは、参照光L2aの大部は光ファイバFB37a側に射出され、一部は光ファイバFB37b側に射出される(以下光ファイバFB37b側へ射出された参照光L2aを漏洩参照光L2asと記載する)。また、参照光L2bの大部分は光ファイバFB37b側に射出され、一部は光ファイバFB37a側に射出される(以下光ファイバFB37a側へ射出された参照光L2bを漏洩参照光L2bsと記載する)。光ファイバFB37aには合分波手段6aが結合されており、光ファイバFB37bには合分波手段6bが結合されている。
Similarly to the wavelength division means 5a, the wavelength division means 5b is composed of, for example, a WDM coupler. Light having a wavelength of 1310 nm or more is emitted to the optical fiber FB37a side, and light having a wavelength of 1290nm or less is emitted to the optical fiber FB37b side. Light having a wavelength longer than 1290 nm and shorter than 1310 nm is emitted to both sides. That is, in the
合分波手段6aでは、反射光L3aと参照光L2aが合波され、これらの干渉光L4aは二分されて干渉光検出手段40aへ射出される。合分波手段6bでは、反射光L3bと参照光L2bが合波され、これらの干渉光L4bは二分されて干渉光検出手段40bへ射出される。干渉光検出手段40a、40bでは二分された干渉光L4a、L4bをそれぞれ2つの光検出素子を用いてバランス検波するようにしている。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。 In the multiplexing / demultiplexing means 6a, the reflected light L3a and the reference light L2a are multiplexed, and the interference light L4a is divided into two and emitted to the interference light detection means 40a. In the multiplexing / demultiplexing means 6b, the reflected light L3b and the reference light L2b are multiplexed, and the interference light L4b is divided into two and emitted to the interference light detection means 40b. In the interference light detection means 40a and 40b, the halved interference light L4a and L4b are each subjected to balance detection using two light detection elements. By this mechanism, the influence of light intensity fluctuation can be suppressed and a clearer image can be obtained.
干渉光検出手段40a、40bはそれぞれ、干渉光L4a、L4bをそれぞれ光電変換し、各光La、Lbの波長帯域Δλa、Δλbごとの複数の干渉信号ISa、ISbとして検出する機能を有している。このとき、干渉光検出手段40a、40bにおいて、光源10a、10bの各スペクトル毎の干渉信号ISa、ISbが観測されることになる。干渉信号ISa、ISbは、断層画像処理手段50に出力される。
The interference light detection means 40a and 40b have a function of photoelectrically converting the interference lights L4a and L4b, respectively, and detecting them as a plurality of interference signals ISa and ISb for the wavelength bands Δλa and Δλb of the lights La and Lb, respectively. . At this time, interference signals ISa and ISb for each spectrum of the
断層画像処理手段50は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる。断層画像処理手段50は、干渉光検出手段40により光電変換された信号から干渉信号ISaおよびISbを抽出し、干渉信号ISaおよびISbと波長掃引光源の発振周波数とを対応づけた後、すべて等周波数間隔の干渉信号となる様に信号の接続処理を実施する事により、ひとつの広帯域干渉信号IS0を形成する。この干渉信号IS0を、例えばフーリエ変換を始めとする周波数解析を行うことにより測定対象Sの各深さ位置における光反射強度を求める。 The tomographic image processing means 50 comprises a computer system such as a personal computer. The tomographic image processing means 50 extracts the interference signals ISa and ISb from the signal photoelectrically converted by the interference light detection means 40, associates the interference signals ISa and ISb with the oscillation frequency of the wavelength sweep light source, and then all have the same frequency. By performing signal connection processing so that the interference signals are spaced apart, one broadband interference signal IS0 is formed. The interference signal IS0 is subjected to frequency analysis including, for example, Fourier transform, thereby obtaining the light reflection intensity at each depth position of the measuring object S.
具体的には、断層画像処理手段50は、図3に示すように、干渉信号ISaおよびISbから干渉信号IS0を生成するIS0生成部51、干渉信号IS0を周波数解析することにより各深さ位置における断層情報r(z)を検出する周波数解析部52と、該断層情報r(z)を用いて断層画像を生成する断層画像生成部53とを備えている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the tomographic image processing means 50 has an
ここで、干渉信号IS0に基づいて断層情報(反射率)r(z)を算出する方法について簡単に説明する。なお、詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、2003、Vol.41、No.7、p426−p432」に記載されている。 Here, a method for calculating the tomographic information (reflectance) r (z) based on the interference signal IS0 will be briefly described. For details, see “Mitsuo Takeda,“ Optical Frequency Scanning Spectrum Interference Microscope ”, Optical Technology Contact, 2003, Vol. 41, no. 7, p426-p432 ".
測定光が測定対象Sに照射されたとき、測定対象Sの各深さからの反射光と参照光とがいろいろな光路長差(測定対象Sの深さ位置)をもって干渉しあう際の各光路長差lに対する干渉縞の光強度をS(l)とすると、干渉光検出手段40において検出される光強度I(k)は、
I(k)=∫0 ∞S(l)[1+cos(kl)]dl ・・・(1)
で表され、例えば図4に示すようなグラフで表される。ここで、kは波数、lは参照光と反射光との光路長差である。式(1)は波数kを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。よって、周波数解析部52において、干渉光検出手段の検出によるスペクトル干渉縞をフーリエ変換により周波数解析することにより、各波長における干渉信号IS0の光強度S(l)を決定することができ、図5に示すように各深さ位置における反射率を求めることができる。そして、測定対象Sの測定開始位置からの距離情報と断層情報r(z)とを取得する。なお、周波数解析部52は、上述したフーリエ変換処理に限らず、たとえば最大エントロピー法(MEM)、Yule−Walker法等の公知のスペクトル解析技術を用いて断層情報r(z)とを取得するものであってもよい。
When the measurement light is irradiated to the measurement object S, each optical path when the reflected light and the reference light from the depth of the measurement object S interfere with each other with various optical path length differences (depth positions of the measurement object S). When the light intensity of the interference fringes with respect to the length difference l is S (l), the light intensity I (k) detected by the interference light detection means 40 is
I (k) = ∫ 0 ∞ S (l) [1 + cos (kl)] dl (1)
For example, it is represented by a graph as shown in FIG. Here, k is the wave number, and l is the optical path length difference between the reference light and the reflected light. Formula (1) can be considered to be given as an interferogram in the optical frequency domain with the wave number k as a variable. Therefore, the
断層画像生成部53は、周波数解析部52により検出された断層情報r(z)を用いて断層画像を生成するものである。具体的には、各測定光L1a、L1bが測定対象Sの深さ方向zに直交する方向に走査しながら照射されていく。すると、断層画像生成手段53において、複数の測定点での各深さ方向に対する断層情報r(z)が取得されていく。そして、断層画像生成手段53は各測定点において取得された複数の断層情報r(z)を用いて2次元もしくは3次元の断層画像を生成する。
The tomographic
次に、光断層画像化装置1の動作例について説明する。なお、最初に大まかな全体の動作について説明し、その後の漏洩反射光に関わる動作について詳細に説明する。光源10aから波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm )内で波長掃引された光Laが射出され、光ファイバFB1a、合波手段2および光ファイバFB31を介して光分割手段3に入射する。光分割手段3において光Laは測定光L1aと参照光L2aに分割されて、測定光L1aは光ファイバFB32側に射出され、参照光L2aは光ファイバFB33側に射出される。測定光L1aは光ファイバFB32により導波されてサーキュレータ4を経由した後、光ファイバFB34により導波されて、光ロータリコネクタ31を介してプローブ30に入射する。
Next, an operation example of the optical
一方、光源10bからは、波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm )内で波長掃引されたされた光Lbが射出され、光ファイバFB1b、合波手段2および光ファイバFB31を介して光分割手段3に入射する。光分割手段3において光Lbは測定光L1bと参照光L2bに分割されて、測定光L1bは光ファイバFB32側に射出され、参照光L2bは光ファイバFB33側に射出される。測定光L1bは光ファイバFB32により導波されてサーキュレータ4を経由した後、光ファイバFB34により導波されて、光ロータリコネクタ31を介してプローブ30に入射する。
On the other hand, light Lb swept in the wavelength band Δλb (1255 nm to 1305 nm) is emitted from the
測定光L1aおよび測定光L1bは、プローブ30により導波されて測定対象Sに照射される。そして、測定対象Sの各深さ位置zにおいて反射した反射光L3a、L3bがプローブ30に入射し、測定光と逆の経路を辿ってサーキュレータ4のポートbに入射する。サーキュレータ4のポートbへ入射した反射光L3aおよびL3bは、ポートcから、ファイバFB35へ射出され、その後、波長分割手段5aへ入射する。
The measurement light L1a and the measurement light L1b are guided by the
波長分割手段5aにおいて、反射光L3aの大部分は光ファイバFB36a側へ射出され、反射光L3bの大部分は光ファイバFB36b側へ射出される。なお、反射光L3aの一部(1295nm〜1310nmの光の一部)である漏洩反射光L3asは、光ファイバFB36b側へ射出され、反射光L3bの一部(1290nm〜1305nmの光の一部)であるは漏洩反射光L3bsは、光ファイバFB36a側へ射出される。 In the wavelength division means 5a, most of the reflected light L3a is emitted toward the optical fiber FB36a, and most of the reflected light L3b is emitted toward the optical fiber FB36b. The leakage reflected light L3as, which is a part of the reflected light L3a (a part of the light of 1295 nm to 1310 nm), is emitted to the optical fiber FB36b side, and a part of the reflected light L3b (a part of the light of 1290 nm to 1305 nm). That is, the leakage reflected light L3bs is emitted to the optical fiber FB36a side.
一方、光分割手段3により分離された参照光L2a、L2bは、光ファイバFB33により導波されて、光ファイバ33の途中に設けられた光路長調整手段7により光路長を変更された後、波長分割手段5bに入射する。 On the other hand, the reference lights L2a and L2b separated by the light splitting means 3 are guided by the optical fiber FB33, and after the optical path length is changed by the optical path length adjusting means 7 provided in the middle of the optical fiber 33, the wavelength is changed. The light enters the dividing means 5b.
波長分割手段5bにおいて、参照光L2aの大部分は光ファイバFB37a側に射出され、漏洩参照光L2asは光ファイバFB37b側に射出しされる。また、参照光L2bの大部分は光ファイバFB37b側に射出され、漏洩参照光L2bsは、光ファイバFB37a側に射出される。 In the wavelength division means 5b, most of the reference light L2a is emitted to the optical fiber FB37a side, and the leaked reference light L2as is emitted to the optical fiber FB37b side. Further, most of the reference light L2b is emitted toward the optical fiber FB37b, and the leaked reference light L2bs is emitted toward the optical fiber FB37a.
合分波手段6aにおいて、反射光L3aと参照光L2aとは合波され、干渉光L4aが生じ、この干渉光L4aは二分されて干渉光検出手段40aへ射出される。合分波手段6bにおいて、反射光L3bと参照光L2bが合波され、干渉光L4bが生じ、この干渉光L4bは二分されて干渉光検出手段40bへ射出される。干渉光検出手段40a、40bでは二分された干渉光L4a、L4bをそれぞれ2つの光検出素子を用いてバランス検波するようにしている。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。 In the multiplexing / demultiplexing means 6a, the reflected light L3a and the reference light L2a are combined to generate interference light L4a, and this interference light L4a is divided into two and emitted to the interference light detection means 40a. In the multiplexing / demultiplexing means 6b, the reflected light L3b and the reference light L2b are combined to generate interference light L4b, and this interference light L4b is divided into two and emitted to the interference light detection means 40b. In the interference light detection means 40a and 40b, the halved interference light L4a and L4b are each subjected to balance detection using two light detection elements. By this mechanism, the influence of light intensity fluctuation can be suppressed and a clearer image can be obtained.
干渉光検出手段40a、40bはそれぞれ、干渉光L4a、L4bをそれぞれ光電変換し、各光La、Lbの波長帯域Δλa、Δλbごとの複数の干渉信号ISa、ISbとして検出し、断層画像処理手段50へ出力する。
The interference
断層画像処理手段50では、干渉信号ISa、ISbから干渉信号IS0を生成し、この干渉信号IS0から各深さ位置における断層情報r(z)が算出されて、2次元の光断層画像が生成される。生成された断層画像は、断層画像処理手段50に接続されているCRT(Cathode Ray Tube)や液晶表示装置等からなる表示装置60により表示される。
The tomographic image processing means 50 generates an interference signal IS0 from the interference signals ISa and ISb, calculates tomographic information r (z) at each depth position from the interference signal IS0, and generates a two-dimensional optical tomographic image. The The generated tomographic image is displayed by a
ここで、図6を参照しながら、漏洩反射光に関わる動作について説明する。図6(1)の左側には、横軸に時間、縦軸に波長をとり、光La、Lbの波長掃引の様子を示している。また、図6(2)は、光源10a、10bから射出される光La、Lbの光強度の時間変化を表す図であり、横軸は時間、縦軸は光強度である。図6(3)は干渉光検出手段40aから出力された干渉信号の強度変化であり、図6(4)は干渉光検出手段40bから出力された干渉信号の強度変化であり、ともに図6(2)の時間軸と対応させて、理解を助けるために光ごとに分解して示している。
Here, with reference to FIG. 6, the operation related to the leaked reflected light will be described. On the left side of FIG. 6 (1), time is plotted on the horizontal axis and wavelength is plotted on the vertical axis, and the state of wavelength sweep of the light La and Lb is shown. FIG. 6 (2) is a diagram showing temporal changes in the light intensities of the light La and Lb emitted from the
また、図6(1)の右側には、図6(1)の左側の波長軸と対応させて、縦軸に波長、横軸に波長分割手段5aおよび波長分割手段5bの分岐率をとり、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bの分岐特性を示している。すなわち、波長1310nm 以上の光は、合分波手段6a側へ射出し、波長1290nm 以下の光は合分波手段6b側へ射出し、また波長帯域1290nm〜1310nm の光については、合分波手段6a側へ約0〜100%に変化する分割率で分割し、合分波手段6b側へは、約100〜0%に変化する分割率で分割するものである。 Further, on the right side of FIG. 6 (1), the vertical axis indicates the wavelength, the horizontal axis indicates the branching ratio of the wavelength division means 5a and the wavelength division means 5b, corresponding to the left wavelength axis of FIG. 6 (1), The branching characteristics of the wavelength division means 5a and the wavelength division means 5b are shown. That is, light having a wavelength of 1310 nm or more is emitted to the multiplexing / demultiplexing means 6a side, light having a wavelength of 1290nm or less is emitted to the multiplexing / demultiplexing means 6b side, and light having a wavelength band of 1290nm to 1310nm is multiplexed / demultiplexing means It divides | segments by the division | segmentation rate which changes to about 0-100% to 6a side, and divides | segments to the multiplexing / demultiplexing means 6b side by the division | segmentation rate which changes to about 100-0%.
なお、前述したように、光源10aは、波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm )内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。2.5msの間は光Laを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。光源10bは、波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm )内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Lbを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。また、光源10bにおける光Lbの掃引は、光源10aにおける光Laの掃引よりも1ms遅れて開始される。
As described above, the
光Laの掃引波長帯域はλa(1295nm〜1345nm )であり、光Lbの掃引波長帯域はλb(1255nm〜1305nm )であるため、波長分割手段5aにおいては、反射光L3aの大部分は合分波手段6a側へ射出され、反射光L3bの大部分は合分波手段6b側へ射出される。一方反射光L3aの一部は、合分波手段6b側へ漏洩して、漏洩反射光L3asとなり、反射光L3bの一部は合分波手段6a側へ漏洩して、漏洩反射光L3bsとなる。
Since the sweep wavelength band of the light La is λa (1295 nm to 1345 nm) and the sweep wavelength band of the light Lb is λb (1255 nm to 1305 nm), most of the reflected light L3a is multiplexed / demultiplexed in the wavelength division means 5a. The light is emitted toward the
また、波長分割手段5bにおいては、参照光L2aの大部分は合分波手段6a側へ射出され、参照光L2bの大部分は合分波手段6b側へ射出される。一方参照光L2aの一部は、合分波手段6b側へ漏洩して、漏洩参照光L2asとなり、参照光L2bの一部は合分波手段6a側へ漏洩して、漏洩参照光L2bsとなる。 In the wavelength division means 5b, most of the reference light L2a is emitted toward the multiplexing / demultiplexing means 6a, and most of the reference light L2b is emitted toward the multiplexing / demultiplexing means 6b. On the other hand, a part of the reference light L2a leaks to the multiplexing / demultiplexing means 6b side to become a leaked reference light L2as, and a part of the reference light L2b leaks to the multiplexing / demultiplexing means 6a side to become a leaked reference light L2bs. .
このため、合分波手段6aにおいては、反射光L3aおよび参照光L2aによる干渉光L4aと同時に、漏洩反射光L3bsおよび漏洩参照光L2bsによる漏洩干渉光L4bsが生じる。また同様に、合分波手段6bにおいては、反射光L3bおよび参照光L2bによる干渉光L4bと同時に、漏洩反射光L3asおよび漏洩参照光L2asによる漏洩干渉光L4asが生じる。 For this reason, in the multiplexing / demultiplexing means 6a, simultaneously with the interference light L4a by the reflected light L3a and the reference light L2a, the leakage interference light L4bs by the leakage reflected light L3bs and the leakage reference light L2bs is generated. Similarly, in the multiplexing / demultiplexing means 6b, simultaneously with the interference light L4b due to the reflected light L3b and the reference light L2b, the leakage interference light L4as due to the leakage reflected light L3as and the leakage reference light L2as is generated.
すなわち、干渉光検出手段40aには、干渉光L4aと、漏洩干渉光L4bsとが入射し、干渉光検出手段40bには、干渉光L4bと、漏洩干渉光L4asとが入射する。一方、光Laおよび光Lbは、図6(1)に示すようなタイミングで掃引が行われるため、図6(3)に示すように、干渉光検出手段40aには、干渉光L4aと漏洩干渉光L4bsとは、異なるタイミングで入射する。また、また図6(4)に示すように、干渉光検出手段40bには、干渉光L4bと漏洩干渉光L4asとは、異なるタイミングで入射する。
That is, the interference light L4a and the leakage interference light L4bs are incident on the interference light detection means 40a, and the interference light L4b and the leakage interference light L4as are incident on the interference light detection means 40b. On the other hand, since the light La and the light Lb are swept at the timing shown in FIG. 6A, the interference
また、断層画像処理手段50では、それぞれ光源10a、10bの波長掃引開始のトリガと同期をとり、干渉光検出手段40aの出力は、光源10aの掃引開始後の2.5msの間に検出した検出値を干渉信号ISaとして認識し、干渉光検出手段40bの出力は、光源10bの掃引開始後の2.5msの間に検出した検出値を干渉信号ISbとして認識する。これにより、断層画像処理手段50では、干渉信号ISaおよびISbを正確に認識することができる。
In addition, the tomographic image processing means 50 synchronizes with the trigger for starting the wavelength sweep of the
以上の説明から明らかなように、本実施の形態においては、光源10aから、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bにおいて光が2方向へ分割される波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、光源10aのみから光が射出され、光源10bから、この波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、光源10bのみから光が射出されるので、干渉光検出手段40aが干渉光L4aを検出している間に、漏洩干渉光L4bsが干渉光検出手段40aにおいて検出されることも、干渉光検出手段40bが干渉光L4bを検出している間は、漏洩干渉光L4asが干渉光検出主手段40bにおいて検出されることもない。このため、干渉光L4aおよび干渉光L4bを正確に検出することができる。また、光源10aから波長1310nm以上の光が射出され、光源10bから波長1290nm以下の光が射出されている間は、各光源から射出された光は、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bにより波長分割され、それぞれの干渉光は干渉光検出手段40aおよび40bで検出されるため、波長が異なる複数の光を同時に測定対象Sに照射しても、このとき生じた複数の干渉光による複数の干渉信号が混ざり合うことはなく、複数の干渉信号を光ごとに同時に得ることができるので、従来に比べて測定レートを向上させることができる。このため、広帯域で連続なスペクトルに渡る干渉信号を検出することができ、高速に高分解能の断層画像を取得することができる。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the
さらに、従来の複数の光源や複数の利得媒質を備えたものでは、干渉光検出手段に入射する光の波長が1つになるように同期をとって制御する必要があったが、本発明の光断層画像化装置によれば、このような制御は不要であり、装置を簡略化することができる。また、本発明の光断層画像化装置では、各光の波長帯域に応じて各干渉光検出手段を最適化した構成にすることができるため、各干渉光検出手段における検出精度を高め、取得する断層画像の分解能を向上させることができる。さらに、干渉光検出手段に用いる部品は、広帯域の光に対応する必要はなく、各光の波長帯域にのみ対応していればよいため、従来に比べて制約条件が緩和され、汎用的な部品が使用可能となり、装置構成が容易になる。 Furthermore, in the conventional apparatus including a plurality of light sources and a plurality of gain media, it is necessary to perform control in synchronization so that the wavelength of light incident on the interference light detection unit becomes one. According to the optical tomographic imaging apparatus, such control is unnecessary, and the apparatus can be simplified. Further, in the optical tomographic imaging apparatus of the present invention, each interference light detection means can be optimized according to the wavelength band of each light, so that the detection accuracy in each interference light detection means is improved and acquired. The resolution of the tomographic image can be improved. Furthermore, the components used for the interference light detection means do not need to support broadband light, and only need to support the wavelength band of each light. Can be used, and the device configuration becomes easy.
また、光源10aから射出されるレーザ光Laの波長帯域Δλa(1295nm〜1345nm)と、光源10bから射出されるレーザ光Lbの波長帯域Δλb(1255nm〜1305nm)の一部が重複しているため、干渉信号ISaと干渉信号ISbを接続して、ひとつの干渉信号IS0を形成し、該干渉信号IS0に基づいて断層画像を生成することができ、より高分解能の断層画像を取得することができる。
In addition, since the wavelength band Δλa (1295 nm to 1345 nm) of the laser light La emitted from the
次に、本発明の第2の実施形態にかかる光断層画像化装置200について図7および図8を参照して説明する。図7は光断層画像化装置200の概略構成図である。光断層画像化装置200は、図1の光断層画像化装置100と比較すると、光源ユニット20の構成と、干渉光検出手段41aおよび41bの構成が異なるものである。以下では、主にこの相違点について説明し、図7の光断層画像化装置200において、図1の光断層画像化装置100と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
光源ユニット20の光源20a、20bの波長掃引の様子を図8(1)に示す。光源20aは、波長選択手段21aを有し、波長帯域Δλa(1295nm〜1365nm )内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、3.5msの間は光Laを射出し、残りの1.5msの間は光を射出しない。光源10bは、波長選択手段21bを有し、波長帯域Δλb(1235nm〜1305nm )内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、3.5msの間は光Lbを射出し、残りの1.5msの間は光を射出しない。また、光源10aにおける光Laの掃引と、光源10bにおける光Lbの掃引は、同時に開始される。
A state of wavelength sweeping of the
干渉光検出手段41aは、波長掃引開始のトリガと同期をとり、掃引開始から2.75msまでの間の検出結果のみを、断層画像処理手段50へ出力し、他の時間の検出結果は廃棄する。また、干渉光検出手段41bは、波長掃引開始のトリガと同期をとり、掃引開始後0.75msから3.5msまでの間の検出結果のみを断層画像処理手段50へ出力し、他の時間の検出結果は廃棄する。図8(2)は、光源20a、20bから射出される光La、Lbの光強度の時間変化を表す図であり、横軸は時間、縦軸は光強度である。図8(3)は干渉光検出手段41aから出力された干渉信号の強度変化であり、図8(4)は干渉光検出手段41bから出力された干渉信号の強度変化であり、ともに図8(2)の時間軸と対応させて、理解を助けるために光ごとに分解して示している。
The interference
図1に示す光断層画像化装置100と同様に、掃引開始後2.75msから3.5msまでの間は、干渉光検出手段41aには、干渉光L4aに加え、漏洩干渉光L4bsも入射している(図6(3)参照)が、この間の出力は廃棄される。また、掃引開始から0.75msまでの間は、干渉光検出手段41bには、干渉光L4bに加え、漏洩干渉光L4asも入射している(図6(4)参照)が、この間の出力も廃棄される。すなわち、光源20aから、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bにおいて光が2方向へ分割される波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、干渉光検出手段41bの検出結果は廃棄され、光源20bから、この波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、干渉光検出手段41aの検出結果は廃棄される。
Similar to the optical
断層画像処理手段50では、干渉光検出手段40aから入力された信号を干渉信号ISaとして認識し、干渉光検出手段40bから入力された信号を干渉信号ISbとして認識し、断層画像を生成する。 The tomographic image processing means 50 recognizes the signal input from the interference light detection means 40a as the interference signal ISa, recognizes the signal input from the interference light detection means 40b as the interference signal ISb, and generates a tomographic image.
すなわち、干渉光検出手段41aおよび41bが、光源20aまたは20bの一方から、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bにおいて光が2方向へ分割される波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、この一方の光源から射出されている光に基づいた干渉信号のみを検出することにより、漏洩干渉光が検出されることがなく、干渉光L4aおよび干渉光L4bを正確に検出することができる。
That is, the interference light detection means 41a and 41b emit light from one of the
次に、本発明の第3の実施形態にかかる光断層画像化装置250について図7および図9を参照して説明する。光断層画像化装置250は、図7の光断層画像化装置200と比較すると、干渉光検出手段40aおよび40bと、断層画像処理手段55の構成が異なるにみであるため、図7に括弧付けで番号を付して、その概略構成図を示している。以下では、主にこの相違点について説明し、光断層画像化装置250において、光断層画像化装置200と同様の構成については重複説明を省略する。
Next, an optical
干渉光検出手段40aおよび干渉光検出手段40bは、図1に示す光断層画像化装置1に用いられているものと同様の構成を有している。
The interference light detection means 40a and the interference light detection means 40b have the same configuration as that used in the optical
断層画像処理手段55は、波長掃引開始のトリガと同期をとり、干渉光検出手段40aの出力は、掃引開始から2.75msまでの間の検出結果のみを、干渉信号ISaとして認識し、また干渉光検出手段40bの出力は掃引開始後0.75msから3.5msまでの間の検出結果のみを干渉信号ISbとして認識し、断層画像を生成する。 The tomographic image processing means 55 synchronizes with the trigger of the wavelength sweep start, and the output of the interference light detection means 40a recognizes only the detection result from the start of the sweep to 2.75 ms as the interference signal ISa, and the interference The output of the light detection means 40b recognizes only the detection result between 0.75 ms and 3.5 ms after the start of the sweep as the interference signal ISb, and generates a tomographic image.
図9(1)は、光源20a、20bから射出される光La、Lbの光強度の時間変化を表す図であり、横軸は時間、縦軸は光強度である。図9(2)は干渉光検出手段40aから出力された干渉信号の強度変化であり、図9(3)は干渉光検出手段40bから出力された干渉信号の強度変化であり、ともに図9(2)の時間軸と対応させて、理解を助けるために光ごとに分解して示している。
FIG. 9 (1) is a diagram showing the temporal change in the light intensity of the light La and Lb emitted from the
図9からわかるように、掃引開始後2.75msから3.5msまでの間は、干渉光検出手段40aには、干渉光L4aに加え、漏洩干渉光L4bsも入射している。また、掃引開始から0.75msまでの間は、干渉光検出手段40bには、干渉光L4bに加え、漏洩干渉光L4asも入射している。しかし、この間の信号は、断層画像処理手段55では、干渉信号としては認識されない。すなわち、断層画像処理部55は、光源20aから、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bにおいて光が2方向へ分割される波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、光源20aから射出されている光に基づいた干渉信号のみを干渉信号として認識し、光源20bから、この波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、光源20bから射出されている光に基づいた干渉信号のみを干渉信号として認識する。
As can be seen from FIG. 9, during the period from 2.75 ms to 3.5 ms after the start of the sweep, in addition to the interference light L4a, the leakage interference light L4bs is also incident on the interference light detection means 40a. Further, during the period from the start of sweeping to 0.75 ms, leaked interference light L4as is also incident on the interference light detection means 40b in addition to the interference light L4b. However, the signal during this period is not recognized as an interference signal by the tomographic image processing means 55. That is, the tomographic
すなわち、断層画像処理手段が、光源20aまたは20bの一方から、波長分割手段5aおよび波長分割手段5bにおいて光が2方向へ分割される波長帯域(1290nm〜1310nm)の光が射出されている間は、この一方の光源から射出されている光に基づいた干渉信号のみを用いることにより、漏洩干渉光の影響を受けることなく、干渉信号ISaおよびISbを正確に認識することができる。
That is, while the tomographic image processing means emits light in a wavelength band (1290 nm to 1310 nm) in which light is divided in two directions in the wavelength division means 5a and the wavelength division means 5b from one of the
次に、本発明の第4の実施形態にかかる光断層画像化装置300について図10を参照して説明する。図10は光断層画像化装置300の概略構成図である。光断層画像化装置300は、マッハツェンダ型干渉計を用いたSS−OCT装置であるが、図1の光断層画像化装置100と比較すると、光分割手段3および波長分割手段5aおよび5bの代わりに、光分割手段3aおよび3bと波長分割手段5を備えた点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図10の光断層画像化装置300において、図1の光断層画像化装置100と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
光断層画像化装置300は、波長帯域Δλa(1000nm〜1100nm)内で波長が繰り返し掃引されるレーザ光Laを射出する光源10aと、波長帯域Δλb(900nm〜1020nm)内で波長が繰り返し掃引されるレーザ光Lbを射出する光源10bとを有する光源ユニット10と、光源ユニット10から射出された光La、Lbをそれぞれ測定光L1aと参照光L2a、測定光L1bと参照光L2bに分割する光分割手段3a、3bと、測定光L1aと測定光L1bとを合波し、該測定光L1a、L1bが測定対象Sに照射されたときの測定対象Sからの反射光を反射光L3aとL3bに波長分割する波長分割手段5と、反射光L3a、L3bと参照光L2a、L2bとをそれぞれ合波する合波手段6a、6bと、合波手段6aにより反射光L3aと参照光L2aとが合波されたときに生ずる干渉光L4aを干渉信号ISaとし、合波手段6bにより反射光L3bと参照光L2bとが合波されたときに生ずる干渉光L4bを干渉信号ISbとして各光ごとに検出する複数の干渉光検出手段40a、40bと、干渉光検出手段40a、40bにより検出された干渉信号ISa、ISbを用いて測定対象Sの断層画像を取得する断層画像処理手段50とを備えている。
The optical
なお、測定光L1a、参照光L2a、反射光L3a、干渉光L4aは光Laに基づくものであり、光Laと同じ波長帯域の光である。また、測定光L1b、参照光L2b、反射光L3b、干渉光L4bは光Lbに基づくものであり、光Lbと同じ波長帯域の光である。 Note that the measurement light L1a, the reference light L2a, the reflected light L3a, and the interference light L4a are based on the light La and are light in the same wavelength band as the light La. Further, the measurement light L1b, the reference light L2b, the reflected light L3b, and the interference light L4b are based on the light Lb and are light in the same wavelength band as the light Lb.
光源ユニット10の光源10aからは、波長帯域Δλa(1000nm〜1100nm )内で波長が繰り返し掃引されるレーザ光Laが射出され、光源10bからは波長帯域Δλb(900nm〜1020nm )内で波長が繰り返し掃引されるレーザ光Lbが射出される。半導体光増幅器11aおよび11bは、例えば波長900nm〜1100nmに発光帯域を持つInGaAs/AlGaAs素子で構成されている。なお、光源10aは、波長帯域Δλa(1000nm〜1100nm)内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Laを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。光源10bは、波長帯域Δλb(900nm〜1020nm)内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Lbを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。また、光源10bにおける光Lbの掃引は、光源10aにおける光Laの掃引よりも1ms遅れて開始される。
The
光分割手段3a、3bは、例えば、分岐比90:10の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段3aは、光Laを測定光L1aと参照光L2aとに光分割し、光分割手段3bは、光Lbを測定光L1bと参照光L2bとに分割する。このとき、光分割手段3a、3bは、測定光:参照光=90:10の割合で分割する。 The light splitting means 3a and 3b are composed of, for example, a 2 × 2 optical coupler having a branching ratio of 90:10. The light splitting means 3a splits the light La into measurement light L1a and reference light L2a, and the light splitting means 3b splits the light Lb into measurement light L1b and reference light L2b. At this time, the light dividing means 3a and 3b divide at a ratio of measurement light: reference light = 90: 10.
光分割手段3aとプローブ30の間の光路、光分割手段3bとプローブ30の間の光路には波長分割手段5が設けられている。
A wavelength dividing means 5 is provided on the optical path between the light dividing means 3 a and the
波長分割手段5は、設定された波長に応じて光を波長分割する機能を有し、たとえばWDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)カプラにより構成される。波長分割手段5は、光分割手段3a、3b側からそれぞれ入射された測定光L1a、L1bを合波してプローブ30側に射出する。また、プローブ30側から入射した光の内、波長1020nm以上の光はサーキュレータ4a側へ射出し、波長1000nm以下の光はサーキュレータ4b側へ射出する。さらに、波長帯域1000nm〜1020nmの光は、両方向へ射出する。具体的には、波長帯域1000nm〜1020nmの光は、サーキュレータ4a側へ約0〜100%に変化する分割率で分割し、サーキュレータ4b側へは、約100〜0%に変化する分割率で分割するものである。このため、反射光L3aの大部分はサーキュレータ4a側へ射出され、反射光L3bの大部分はサーキュレータ4b側へ射出される。一方反射光L3aの一部(1000nm〜1020nmの光の一部)はサーキュレータ4a側へ射出され、漏洩反射光L3asとなる。また、反射光L3bの一部(1000nm〜1020nmの光の一部)はサーキュレータ4b側へ射出され、漏洩反射光L3bsとなる。
The wavelength division means 5 has a function of wavelength dividing light according to a set wavelength, and is constituted by, for example, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler. The wavelength division means 5 combines the measurement lights L1a and L1b incident from the light division means 3a and 3b, respectively, and emits them to the
反射光L3aは合波手段6aにおいて参照光L2aと合波され、反射光L3bは合波手段6bにおいて参照光L2bと合波される。なお、光分割手段3aから合波手段6aまでの参照光L2aの光路には透過型の光路長調整手段7aが設けられ、光分割手段3bから合波手段6bまでの参照光L2bの光路には透過型の光路長調整手段7bが設けられている。光路長調整手段7a、7bは、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、それぞれ参照光L2a、L2bの光路長を変更するものである。 The reflected light L3a is combined with the reference light L2a in the combining means 6a, and the reflected light L3b is combined with the reference light L2b in the combining means 6b. A transmission type optical path length adjusting means 7a is provided in the optical path of the reference light L2a from the light splitting means 3a to the multiplexing means 6a, and the optical path of the reference light L2b from the light splitting means 3b to the multiplexing means 6b is provided in the optical path. A transmissive optical path length adjusting means 7b is provided. The optical path length adjusting means 7a and 7b change the optical path lengths of the reference lights L2a and L2b, respectively, in order to adjust the position where the tomographic image acquisition is started.
干渉光検出手段40a、40bはそれぞれ、干渉光L4a、L4bをそれぞれ光電変換し、各光La、Lbの波長帯域Δλa、Δλbごとの複数の干渉信号ISa、ISbとして検出する機能を有している。また、干渉光検出手段40aはSi素子から形成され、干渉光検出手段40bは、InGaAs素子から形成されている。 The interference light detection means 40a and 40b have a function of photoelectrically converting the interference lights L4a and L4b, respectively, and detecting them as a plurality of interference signals ISa and ISb for the wavelength bands Δλa and Δλb of the lights La and Lb, respectively. . The interference light detection means 40a is formed of an Si element, and the interference light detection means 40b is formed of an InGaAs element.
次に、光断層画像化装置300の動作例について説明する。光源10aから波長帯域Δλa(1000nm〜1100nm )内で波長掃引された光Laが射出され、光ファイバFB1aにより導波されて光分割手段3aに入射する。光分割手段3aにおいて光Laは測定光L1aと参照光L2aに分割されて、測定光L1aは光ファイバFB2a側に射出され、参照光L2aは光ファイバFB3a側に射出される。測定光L1aは光ファイバFB2aにより導波されてサーキュレータ4aを経由した後、光ファイバFB4aにより導波されて波長分割手段5に入射する。
Next, an operation example of the optical
一方、光源10bからは、波長帯域Δλb(900nm〜1020nm )内で波長掃引されたされた光Lbが射出され、光ファイバFB1bにより導波されて光分割手段3bに入射する。光分割手段3bにおいて光Lbは測定光L1bと参照光L2bに分割されて、測定光L1bは光ファイバFB2b側に射出され、参照光L2bは光ファイバFB3b側に射出される。測定光L1bは光ファイバFB2bにより導波されてサーキュレータ4bを経由した後、光ファイバFB4bにより導波されて波長分割手段5に入射する。
On the other hand, from the
波長分割手段5において、測定光L1aと測定光L1bは合波されて、光ファイバFB5により導波されて光ロータリコネクタ31を介してプローブ30に入射し、プローブ30により導波されて測定対象Sに照射される。そして、測定対象Sの各深さ位置zにおいて反射した反射光L3a、L3bがプローブ30に入射し、測定光と逆の経路を辿って波長分割手段5に入射する。
In the wavelength division means 5, the measurement light L1a and the measurement light L1b are combined, guided by the optical fiber FB5, incident on the
波長分割手段5では、反射光L3aの大部分はサーキュレータ4a側へ射出され、反射光L3bの大部分はサーキュレータ4b側へ射出される。
In the wavelength division means 5, most of the reflected light L3a is emitted toward the
光ファイバFB4aにより導波された反射光L3aは、サーキュレータ4aを経由した後、光ファイバFB6aにより導波されて合波手段6aに入射する。一方、光分割手段3aにより分割された参照光L2aは、光ファイバFB3aの途中に設けられた光路長調整手段7aにより光路長を変更された後、合波手段6aに入射する。
The reflected light L3a guided by the optical fiber FB4a passes through the
合波手段6aにおいて、反射光L3aと参照光L2aが合波され、この合波により生じた干渉光L4aは二分されて干渉光検出手段40aへ射出される。干渉光検出手段40aでは、干渉光L4aがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ISaが生成され、断層画像処理手段50へ出力される。 In the multiplexing means 6a, the reflected light L3a and the reference light L2a are multiplexed, and the interference light L4a generated by this multiplexing is bisected and emitted to the interference light detection means 40a. In the interference light detection means 40a, the interference light L4a is balance-detected and photoelectrically converted, and an interference signal ISa is generated and output to the tomographic image processing means 50.
同様に、光ファイバFB4bにより導波された反射光L3bは、サーキュレータ4bを経由した後、光ファイバFB6bにより導波されて合波手段6bに入射する。一方、光分割手段3bにより分割された参照光L2bは、光ファイバFB3bの途中に設けられた光路長調整手段7bにより光路長を変更された後、合波手段6bに入射する。
Similarly, the reflected light L3b guided by the optical fiber FB4b passes through the
合波手段6bにおいて、反射光L3bと参照光L2bが合波され、この合波により生じた干渉光L4bは二分されて干渉光検出手段40bへ射出される。干渉光検出手段40bでは、干渉光L4bがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ISbが生成され、断層画像処理手段50へ出力される。断層画像処理手段50における構成および動作は、第1の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。 In the multiplexing means 6b, the reflected light L3b and the reference light L2b are multiplexed, and the interference light L4b generated by this multiplexing is bisected and emitted to the interference light detection means 40b. In the interference light detection means 40b, the interference light L4b is balance-detected and photoelectrically converted to generate an interference signal ISb, which is output to the tomographic image processing means 50. Since the configuration and operation of the tomographic image processing means 50 are the same as those in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
以下、漏洩反射光に関わる動作について説明する。前述したように、光源10aは、波長帯域Δλa(1000nm〜1100nm)内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Laを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。光源10bは、波長帯域Δλb(900nm〜1020nm)内において、5ms間隔で波長掃引を行なう。なお、2.5msの間は光Lbを射出し、残りの2.5msの間は光を射出しない。また、光源10bにおける光Lbの掃引は、光源10aにおける光Laの掃引よりも1ms遅れて開始される。
Hereinafter, an operation related to the leaked reflected light will be described. As described above, the
光Laの掃引波長帯域はλa(1000nm〜1100nm)であり、光Lbの掃引波長帯域はλb(900nm〜1020nm)であるため、波長分割手段5においては、反射光L3aの大部分はサーキュレータ4a側へ射出され、反射光L3bの大部分はサーキュレータ4b側へ射出される。一方反射光L3aの一部(1000nm〜1020nmの光の一部)は、サーキュレータ4b側へ漏洩して、漏洩反射光L3asとなり、反射光L3bの一部(1000nm〜1020nmの光の一部)はサーキュレータ4a側へ漏洩して、漏洩反射光L3bsとなる。すなわち、干渉光検出手段40aには、干渉光L4aと、漏洩反射光L3bsとが入射し、干渉光検出手段40bには、干渉光L4bと、漏洩反射光L3asとが入射する。一方、光Labは光Laより1ms遅れて掃引が開始されるため、干渉光検出手段40aが干渉光L4aを検出している間は、漏洩反射光L3bsが干渉光検出主手段40aにおいて検出されることはない。また、干渉光検出手段40bが干渉光L4bを検出している間は、漏洩反射光L3asが干渉光検出主手段40bにおいて検出されることもない。このため、干渉光L4aおよび干渉光L4bを正確に検出することができる。
Since the sweep wavelength band of the light La is λa (1000 nm to 1100 nm) and the sweep wavelength band of the light Lb is λb (900 nm to 1020 nm), most of the reflected light L3a is on the
次に、本発明の第5の実施形態にかかる光断層画像化装置400について図11および図12を参照して説明する。図11は光断層画像化装置400の概略構成図である。光断層画像化装置400は、フィゾー型干渉計を用いたSS−OCT装置であり、図1の光断層画像化装置100のプローブ30とは異なるプローブ430を用いている点が特徴である。以下では、主にこの特徴について説明し、図11の光断層画像化装置400において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
プローブ430は、図12に示すように、測定対象S側の出射端部に光分割手段431が設けられており、光源ユニット10からの光の一部を透過させて測定光とするとともに、残りの一部の光を反射して参照光とするように構成されている。図12示す例では、光分割手段431としてハーフミラーを用いているが、ハーフミラーの代わりに、プローブ430の射出端面に入射光の一部を反射させる反射膜を施してもよい。あるいは、プローブ430の射出端面に膜を形成せず、射出端面を入射光の光軸と直交する平面として、この平面を光学研磨してオプティカルフラット面を形成し、射出端面における媒質の屈折率差(たとえばガラスと空気との屈折率差)により反射した光を参照光として用いるようにしてもよい。
As shown in FIG. 12, the
光断層画像化装置400において、光源10aから射出して光ファイバFB1aにより導波された光Laは、サーキュレータ4aを経由し、光ファイバFB4aにより導波されて波長分割手段5に入射する。同様に、光源10bから射出して光ファイバFB1bにより導波された光Lbは、サーキュレータ4bを経由し、光ファイバFB4bにより導波されて波長分割手段5に入射する。
In the optical
波長分割手段5において光Laと光Lbは合波されて、光ファイバFB5により導波されて光ロータリコネクタ31を介してプローブ430に入射する。プローブ430の出射端部の光分割手段431において、光La、Lbの一部は透過して測定光L1a、L1bとなり、残りの一部は反射されて参照光L2a、L2bとなる。測定光L1a、L1bは測定対象Sに照射されて、このときの反射光L3a、L3bはプローブ430および光ファイバFB5により導波されて波長分割手段5に入射する。また、光分割手段431で反射された参照光L2a、L2bもまたプローブ430および光ファイバFB5により導波されて波長分割手段5に入射する。
The light La and the light Lb are combined in the wavelength division means 5, guided by the
波長分割手段5に入射した反射光L3a、L3bおよび参照光L2a、L2bは波長帯域に応じて分割され、反射光L3aと参照光L2aは光ファイバFB4a側に射出され、反射光L3bと参照光L2bは光ファイバFB4b側に射出される。 The reflected lights L3a and L3b and the reference lights L2a and L2b incident on the wavelength dividing means 5 are divided according to the wavelength band, the reflected light L3a and the reference light L2a are emitted to the optical fiber FB4a side, and the reflected light L3b and the reference light L2b. Is emitted to the optical fiber FB4b side.
その後、反射光L3aと参照光L2aはサーキュレータ4aを経由して、光ファイバFB41aにより導波されて光分割手段401aに入射する。光分割手段401aは例えば、分岐比50:50の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段401aに入射した光の約50%の反射光L3aおよび参照光L2aは光ファイバFB42a側に射出されてそのまま導波されて合波手段4aに入射する。光分割手段401aに入射した光の残りの約50%の反射光L3aおよび参照光L2aは光ファイバFB43a側に射出されて、途中の経路に設けられた光路長調整手段7aにより光路長の変更を受けた後、合波手段4aに入射する。
Thereafter, the reflected light L3a and the reference light L2a are guided by the optical fiber FB41a via the
合波手段4aにおいて、光ファイバFB42aにより導波された参照光L2aと光ファイバFB43aにより導波された反射光L3aとによる干渉、あるいは光ファイバFB42aにより導波された反射光L3aと光ファイバFB43aにより導波された参照光L2aとによる干渉により干渉光L4aが生じる。この干渉光L4aは二分されて干渉光検出手段40aへ射出される。 In the multiplexing means 4a, interference between the reference light L2a guided by the optical fiber FB42a and the reflected light L3a guided by the optical fiber FB43a, or by the reflected light L3a guided by the optical fiber FB42a and the optical fiber FB43a. Interference light L4a is generated by interference with the guided reference light L2a. The interference light L4a is divided into two and emitted to the interference light detection means 40a.
また、光ファイバFB4b側に射出された反射光L3bと参照光L2bについても、同様であり、これらの光はサーキュレータ4bを経由して、光ファイバFB41bにより導波されて光分割手段401bに入射する。光分割手段401bは例えば、分岐比50:50の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段401bに入射した光の約50%の反射光L3bおよび参照光L2bは光ファイバFB42b側に射出されてそのまま導波されて合波手段4bに入射する。光分割手段401bに入射した光の残りの約50%の反射光L3bおよび参照光L2bは光ファイバFB43b側に射出されて、途中の経路に設けられた光路長調整手段7bにより光路長の変更を受けた後、合波手段4bに入射する。
The same applies to the reflected light L3b and the reference light L2b emitted to the optical fiber FB4b side, and these lights are guided by the optical fiber FB41b via the
合波手段4bにおいて、光ファイバFB42bにより導波された参照光L2bと光ファイバFB43bにより導波された反射光L3bとによる干渉、あるいは光ファイバFB42bにより導波された反射光L3bと光ファイバFB43bにより導波された参照光L2bとによる干渉により干渉光L4bが生じる。この干渉光L4bは二分されて干渉光検出手段40bへ射出される。 In the multiplexing means 4b, interference between the reference light L2b guided by the optical fiber FB42b and the reflected light L3b guided by the optical fiber FB43b, or by the reflected light L3b guided by the optical fiber FB42b and the optical fiber FB43b. Interference light L4b is generated by interference with the guided reference light L2b. The interference light L4b is divided into two and emitted to the interference light detection means 40b.
以降の干渉光検出手段40a、40b、断層画像処理手段50における構成および動作は、第1の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。
The subsequent configuration and operation of the interference
次に、本発明の第6の実施形態にかかる光断層画像化装置500について図13を参照して説明する。図13は光断層画像化装置500の概略構成図である。光断層画像化装置500は、フィゾー型干渉計を用いたSS−OCT装置であるが、図11の光断層画像化装置400と比較すると、波長分割手段5の代わりの、合波手段2と波長分割手段505とを備えた点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図13の光断層画像化装置500において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
光断層画像化装置500において、光源10aから射出して光ファイバFB1aにより導波された光Laと、光源10bから射出して光ファイバFB1bにより導波された光Lbとは、合波手段308に入射し、合波される。合波後の光La、Lbは、光ファイバFB31により導波されてサーキュレータ501を経由し、光ファイバFB51により導波されて光ロータリコネクタ31を介してプローブ430に入射する。プローブ430の出射端部の光分割手段431において、光La、Lbは測定光L1a、L1bと参照光L2a、L2bとに分割される。測定光L1a、L1bは測定対象Sに照射されて、このときに反射光L3a、L3bが生じる。反射光L3a、L3bおよび参照光L2a、L2bはプローブ430および光ファイバFB51により導波されてサーキュレータ501を経由し、波長分割手段505に入射する。
In the optical
波長分割手段505は、図10に示した光断層画像化装置300における波長分割手段5と同様の波長分割機能を有し、たとえばWDMカプラにより構成される。波長分割手段505に入射した光のうち、反射光L3aおよび参照光L2aの大部分は光ファイバFB41a側に射出され、反射光L3bおよび参照光L2bの大部分は光ファイバFB41b側に射出される。光ファイバFB41aは光分割手段401aに結合されており、光ファイバFB41bは光分割手段401bに結合されている。光分割手段401a、401b以降の動作については第4の実施形態の場合と同様であるため説明を省略する。
The wavelength division means 505 has the same wavelength division function as the wavelength division means 5 in the optical
なお、上記の光断層画像化装置500では、波長分割手段505の下流に干渉計を配置して、波長帯域ごとに光を分割した後、干渉させるようにしているが、変形例として、干渉した後で波長帯域ごとに光を分割して干渉光検出手段へ導くようにしてもよい。
In the optical
次に、本発明の第7の実施形態にかかる光断層画像化装置600について図14参照して説明する。図14は光断層画像化装置600の概略構成図である。光断層画像化装置600は、マイケルソン型干渉計を用いたSS−OCT装置である。図14の光断層画像化装置600において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
光断層画像化装置600において、光源10aから射出して光ファイバFB1aにより導波された光Laは、サーキュレータ4aを経由し、光ファイバFB61aにより導波されて光分割手段603aに入射する。光分割手段603aは、例えば、分岐比90:10の2×2の光カプラから構成されている。なお、本実施形態における光分割手段603aは、合波手段としても機能するものである。光分割手段603aは、光Laを測定光:参照光=90:10の割合となるように測定光L1aと参照光L2aとに分割し、測定光L1aを光ファイバFB4a側へ射出し、参照光L2aを光ファイバFB62a側へ射出する。光ファイバFB4aにより導波された測定光L1aは、波長分割手段5に入射する。
In the optical
また、光源10bから射出して光ファイバFB1bにより導波された光Lbは、サーキュレータ4bを経由し、光ファイバFB61bにより導波されて光分割手段603bに入射する。光分割手段603bは、例えば、分岐比90:10の2×2の光カプラから構成されている。なお、本実施形態における光分割手段603bは、合波手段としても機能するものである。光分割手段603bは、光Lbを測定光:参照光=90:10の割合となるように測定光L1bと参照光L2bとに分割し、測定光L1bを光ファイバFB4b側へ射出し、参照光L2bを光ファイバFB62b側へ射出する。光ファイバFB4bにより導波された測定光L1bは、波長分割手段5に入射する。
Further, the light Lb emitted from the
波長分割手段5において測定光L1aと測定光L1bは合波されて、光ファイバFB5により導波されて光ロータリコネクタ31を介してプローブ30に入射し、プローブ30により導波されて測定対象Sに照射される。このときの反射光L3a、L3bがプローブ30に入射し、測定光と逆の経路を辿って波長分割手段5に入射する。波長分割手段5において反射光L3aと反射光L3bは分割されて、反射光L3aは光ファイバFB4a側に射出されて光分割手段603aに入射し、反射光L3bは光ファイバFB4b側に射出されて光分割手段603bに入射する。
In the wavelength division means 5, the measurement light L1a and the measurement light L1b are combined, guided by the optical fiber FB5, incident on the
一方、参照光L2aは光ファイバFB62aの端部に接続された反射型の光路長調整手段620aにより光路長の変更を受けた後、再び光ファイバFB62aにより導波されて光分割手段603aに入射する。また、参照光L2bも光ファイバFB62bの端部に接続された反射型の光路長調整手段620bにより光路長の変更を受けた後、再び光ファイバFB62bにより導波されて光分割手段603bに入射する。 On the other hand, the reference light L2a is subjected to the change of the optical path length by the reflection type optical path length adjusting means 620a connected to the end of the optical fiber FB62a, and then is guided again by the optical fiber FB62a and enters the light splitting means 603a. . Further, the reference light L2b is also subjected to the change of the optical path length by the reflection type optical path length adjusting means 620b connected to the end of the optical fiber FB62b, and then is guided again by the optical fiber FB62b and enters the light splitting means 603b. .
光分割手段603aにおいて、反射光L3aと参照光L2aが合波されて、これらの干渉光L4aが発生し、干渉光L4aは光ファイバFB61aにより導波されてサーキュレータ4aを経由して光ファイバFB63aにより導波されて光分割手段605aに入射する。光分割手段605aは、たとえば分岐比50:50の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段605aにおいて、干渉光L4aは二分されて干渉光検出手段40aへ射出される。
In the light splitting means 603a, the reflected light L3a and the reference light L2a are combined to generate the interference light L4a. The interference light L4a is guided by the optical fiber FB61a and passes through the
同様に、光分割手段603bにおいて、反射光L3bと参照光L2bが合波されて、これらの干渉光L4bが発生し、干渉光L4bは光ファイバFB61bにより導波されてサーキュレータ4bを経由して光ファイバFB63bにより導波されて光分割手段605bに入射する。光分割手段605bは、たとえば分岐比50:50の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段605bにおいて、干渉光L4bは二分されて干渉光検出手段40bへ射出される。
Similarly, in the light splitting means 603b, the reflected light L3b and the reference light L2b are combined to generate the interference light L4b. The interference light L4b is guided by the optical fiber FB61b and passes through the
以降の干渉光検出手段40a、40b、断層画像処理手段50における構成および動作は、第1の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。
The subsequent configuration and operation of the interference
次に、本発明の第8の実施形態にかかる光断層画像化装置700について図15を参照して説明する。図15は光断層画像化装置700の概略構成図である。光断層画像化装置700は、マイケルソン型干渉計を用いたSS−OCT装置であるが、図14の光断層画像化装置600と比較すると、波長分割手段5の代わりに合波手段2と波長分割手段705が設けられている点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図14の光断層画像化装置700において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
光断層画像化装置700において、光源10aから射出して光ファイバFB1aにより導波された光Laと、光源10bから射出して光ファイバFB1bにより導波された光Lbとは、波長分割手段5に入射し、合波される。合波後の光La、Lbは、光ファイバFB31により導波されてサーキュレータ501を経由し、光ファイバFB71により導波されて光分割手段703に入射する。
In the optical
光分割手段703は、例えば、分岐比90:10の2×2の光カプラから構成されている。なお、本実施形態における光分割手段703は、合波手段としても機能するものである。光分割手段703は、光La、Lbを測定光:参照光=90:10の割合となるように測定光L1a、L1bと参照光L2a、L2bとに分割し、測定光L1a、L1bを光ファイバFB72側へ射出し、参照光L2a、L2bを光ファイバFB73側へ射出する。 The light dividing means 703 is composed of, for example, a 2 × 2 optical coupler having a branching ratio of 90:10. Note that the light splitting means 703 in this embodiment also functions as a multiplexing means. The light splitting means 703 splits the light La and Lb into measurement light L1a and L1b and reference light L2a and L2b so that the ratio of measurement light: reference light = 90: 10, and the measurement light L1a and L1b is an optical fiber. The light is emitted to the FB 72 side, and the reference lights L2a and L2b are emitted to the optical fiber FB73 side.
測定光L1a、L1bは、光ロータリコネクタ31を介してプローブ30に入射し、プローブ30により導波されて測定対象Sに照射される。このときの反射光L3a、L3bがプローブ30に入射し、プローブ30および光ファイバFB72に導波されて光分割手段703に入射する。
The measurement lights L1a and L1b are incident on the
一方、参照光L2a、L2bは光ファイバFB73の端部に接続された反射型の光路長調整手段720により光路長の変更を受けた後、再び光ファイバFB73により導波されて光分割手段703に入射する。
On the other hand, the reference beams L2a and L2b are subjected to the change of the optical path length by the reflection type optical path
光分割手段703において、反射光L3a、L3bと参照光L2a、L2bが合波される。そして、反射光L3aと参照光L2aの合波により干渉光L4aが発生し、反射光L3bと参照光L2bとの合波により干渉光L4bが発生する。このとき、光La、Lbは異なる光源から射出されているため、反射光L3aと参照光L2bとの合波、反射光L3bと参照光L2aとの合波により干渉光が発生することはない。 In the light splitting means 703, the reflected lights L3a and L3b and the reference lights L2a and L2b are combined. The interference light L4a is generated by combining the reflected light L3a and the reference light L2a, and the interference light L4b is generated by combining the reflected light L3b and the reference light L2b. At this time, since the light La and Lb are emitted from different light sources, interference light is not generated by the combination of the reflected light L3a and the reference light L2b and the combination of the reflected light L3b and the reference light L2a.
干渉光L4a、L4bは光ファイバFB71により導波され、サーキュレータ501を経由して光ファイバFB74により導波されて波長分割手段705に入射する。
The interference lights L4a and L4b are guided by the optical fiber FB71, are guided by the optical fiber FB74 via the
波長分割手段705は図1に示す光断層画像化装置1における波長分割手段5の波長分割機能を備えたものであり、たとえばWDMカプラにより構成される。波長分割手段705において、干渉光L4aの大部分は光ファイバFB75a側に射出されて光分割手段701aに入射し、干渉光L4bの大部分は光ファイバFB75b側に射出されて光分割手段701bに入射する。光分割手段701a、701bはたとえば分岐比50:50の2×2の光カプラから構成されている。光分割手段701a、701bにおいて、干渉光L4a、L4bはそれぞれ二分されて干渉光検出手段40a、40bへ射出される。なお、波長分割手段は、本発明の波長分割手段として機能するものである。
The wavelength division means 705 has the wavelength division function of the wavelength division means 5 in the optical
以降の干渉光検出手段40a、40b、断層画像処理手段50における構成および動作は、第1の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。
The subsequent configuration and operation of the interference
次に、本発明の第9の実施形態にかかる光断層画像化装置800について図16を参照して説明する。図16は光断層画像化装置800の概略構成図である。光断層画像化装置800は、マイケルソン型干渉計を用いたSS−OCT装置である。図16の光断層画像化装置800において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。
Next, an optical
光断層画像化装置800では、光断層画像化装置700の光分割手段703に代わり、光分割手段803を用いている。光分割手段803は、例えば、分岐比50:50の2×2の光カプラから構成されている。光源10a、10bから射出した光La、Lbが合波手段2より合波されてサーキュレータ501経由後に光ファイバFB71により導波されるところまでは光断層画像化装置700と同じである。
The optical
その後、光La、Lbは光分割手段803に入射し、光分割手段803において測定光:参照光=50:50の割合となるように測定光L1a、L1bと参照光L2a、L2bとに分割され、測定光L1a、L1bを光ファイバFB72側へ射出され、参照光L2a、L2bを光ファイバFB73側へ射出される。 Thereafter, the lights La and Lb enter the light splitting means 803, and are split into the measuring lights L1a and L1b and the reference lights L2a and L2b so that the ratio of measuring light: reference light = 50: 50 is obtained in the light splitting means 803. The measurement lights L1a and L1b are emitted to the optical fiber FB72 side, and the reference lights L2a and L2b are emitted to the optical fiber FB73 side.
測定光L1a、L1bは、光ロータリコネクタ31を介してプローブ30に入射し、プローブ30により導波されて測定対象Sに照射される。このときの反射光L3a、L3bがプローブ30に入射し、プローブ30および光ファイバFB72に導波されて光分割手段803に入射する。
The measurement lights L1a and L1b are incident on the
一方、参照光L2a、L2bは光ファイバFB73の端部に接続された反射型の光路長調整手段720により光路長の変更を受けた後、再び光ファイバFB73により導波されて光分割手段803に入射する。
On the other hand, the reference beams L2a and L2b are subjected to the change of the optical path length by the reflection type optical path
光分割手段803において、反射光L3a、L3bと参照光L2a、L2bが合波される。そして、反射光L3aと参照光L2aの合波により干渉光L4aが発生し、反射光L3bと参照光L2bとの合波により干渉光L4bが発生する。干渉光L4a、L4bのうち約50%は、光ファイバFB81側に射出され波長分割手段806に入射する。干渉光L4a、L4bのうち残りの約50%は、光ファイバFB71側に射出され、サーキュレータ501を経由して光ファイバ82により導波されて波長分割手段807に入射する。
In the light splitting means 803, the reflected lights L3a and L3b and the reference lights L2a and L2b are combined. The interference light L4a is generated by combining the reflected light L3a and the reference light L2a, and the interference light L4b is generated by combining the reflected light L3b and the reference light L2b. About 50% of the interference lights L4a and L4b are emitted to the optical fiber FB81 side and enter the
波長分割手段806、807は図9に示す光断層画像化装置300における波長分割手段5の波長分割機能を備えたものであり、たとえばWDMカプラから構成される。波長分割手段806は、干渉光L4aの大部分を光ファイバFB83a側に射出し、干渉光L4bの大部分を光ファイバFB83b側に射出する。波長分割手段807は、干渉光L4aの大部分を光ファイバFB84a側に射出し、干渉光L4bの大部分を光ファイバFB84b側に射出する。光ファイバFB83a、FB84aにより導波された干渉光L4aは干渉光検出手段40aに入射する。光ファイバFB83b、FB84bにより導波された干渉光L4bは干渉光検出手段40bに入射する。なお、波長分割手段806および807は、本発明の波長分割手段として機能するものである。
The wavelength division means 806 and 807 have the wavelength division function of the wavelength division means 5 in the optical
以降の干渉光検出手段40a、40b、断層画像処理手段50における構成および動作は、第1の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。
The subsequent configuration and operation of the interference
なお、光断層画像化装置800のようにマイケルソン型干渉計を用いて分岐比50:50で測定光と参照光を分割する場合も、図13に示す光断層画像化装置600のように、波長分割手段5が干渉計よりも下流側に配置された構成も可能である。
Note that when the measurement light and the reference light are split at a branching ratio of 50:50 using a Michelson interferometer as in the optical
上記各実施の形態においては、光源ユニットから射出される光LaおよびLbの波長帯域は、一部重複している例を用いて説明を行なったが、これに限定されるものでなく、光LaおよびLbの波長帯域は離散しているものであってもよい。このような場合には、断像画像処理手段により、干渉光検出手段40aにより光電変換された干渉信号ISaと干渉光検出手段40bにより光電変換された干渉信号ISbをそれぞれ周波数解析することにより、測定対象Sの各深さ位置における中間断層情報(反射率)ra(z)、rb(z)を検出し、この中間断層情報ra(z)、rb(z)を用いて測定対象Sの断層画像を取得すればよい。具体的には、断層画像処理手段は、まず干渉信号ISaを周波数解析することにより光束Laに基づく中間断層情報ra(z)を検出し、干渉信号ISbを周波数解析することにより光束Lbに基づく中間断層情報rb(z)を検出し、各深さ位置Zでの中間断層情報ra(z)、rb(z)の平均値r(z)=(ra(z)+rb(z))/2を算出する。その後、この断層情報r(z)を用いて断層画像を生成すればよい。 In each of the above embodiments, the wavelength bands of the light La and Lb emitted from the light source unit have been described using an example in which they partially overlap, but the present invention is not limited to this, and the light La is not limited thereto. The wavelength bands of Lb and Lb may be discrete. In such a case, measurement is performed by analyzing the frequency of the interference signal ISa photoelectrically converted by the interference light detection means 40a and the interference signal ISb photoelectrically converted by the interference light detection means 40b by the broken image processing means. Intermediate tomographic information (reflectance) ra (z), rb (z) at each depth position of the object S is detected, and the tomographic image of the measuring object S is detected using the intermediate tomographic information ra (z), rb (z). Just get it. Specifically, the tomographic image processing means first detects the intermediate tomographic information ra (z) based on the light beam La by performing frequency analysis on the interference signal ISa, and performs intermediate analysis on the light beam Lb by performing frequency analysis on the interference signal ISb. Fault information rb (z) is detected, and average value r (z) = (ra (z) + rb (z)) / 2 of intermediate fault information ra (z) and rb (z) at each depth position Z is obtained. calculate. Thereafter, a tomographic image may be generated using the tomographic information r (z).
また、上記各実施の形態において、光Laの波長帯域および光Lbの波長帯域に応じて、干渉光検出手段40aおよび40bの受光素子を、例えばInGaAsフォトダイオードやSiフォトダイオード等から選択して使用することができる。 In each of the above embodiments, the light receiving elements of the interference light detection means 40a and 40b are selected from, for example, an InGaAs photodiode or Si photodiode according to the wavelength band of the light La and the wavelength band of the light Lb. can do.
従来は、1個の光検出器で光源ユニットから射出される光の全波長域をカバーしなくてはならない装置構成であり、上記のような波長帯域λaおよび波長帯域λbの光に対して使用可能なフォトダイオードは存在しなかったため、上記のようなλaおよびλbの波長帯域の組合せで測定可能な装置は構成できなかった。しかし、本発明の光断層画像化装置によれば、光ごとに検出できるよう複数の干渉光検出手段を設けているため、上記のようなλaおよびλbの波長帯域の組合せで測定することが可能になる。光源に用いられる半導体レーザの発光過程と、光検出器に用いられるフォトダイオードの受光過程は同じ原理に基づくことから、ある媒質からなる半導体レーザの発光帯域の光は、同じ媒質からなるフォトダイオードで検出可能である。従って、両者を対に使うことで、発光可能な全ての波長帯域をカバーして測定することができる。 Conventionally, it is a device configuration that must cover the entire wavelength range of light emitted from the light source unit with a single photodetector, and is used for light of the wavelength band λa and wavelength band λb as described above. Since there was no possible photodiode, a device capable of measurement with the combination of the wavelength bands of λa and λb as described above could not be constructed. However, according to the optical tomographic imaging apparatus of the present invention, since a plurality of interference light detecting means are provided so that each light can be detected, it is possible to perform measurement using a combination of the above-described wavelength bands of λa and λb. become. Since the light emission process of the semiconductor laser used for the light source and the light reception process of the photodiode used for the photodetector are based on the same principle, the light in the emission band of the semiconductor laser made of a certain medium is emitted from the photodiode made of the same medium. It can be detected. Therefore, by using both in pairs, it is possible to cover and measure all the wavelength bands that can emit light.
また、図10、11、14に示すような複数の干渉計を有する光断層画像化装置の構成では、波長帯域Δλaの光が入射する干渉計のサーキュレータ4aにはBIG(Bi3Fe5O12)、波長帯域Δλbの光が入射する干渉計のサーキュレータ4bにはYIG(Y3Fe5O12)を使用することが望ましい。従来では、1個のサーキュレータで光源ユニットから射出される光の全波長域をカバーしなくてはならない装置構成であったため、いずれかの波長域で吸収損失が大きく、光利用効率が大きく低下するという問題があった。しかし、図10、11、14に示す光断層画像化装置によれば、光ごとに干渉計を設けているため、上記問題を解決することができる。
In addition, in the configuration of the optical tomographic imaging apparatus having a plurality of interferometers as shown in FIGS. 10, 11 and 14, the
あるいは、掃引波長帯域の中心波長が1.0μmであった場合には、サーキュレータにはTGG(Tb3Ga5O12)を使用することが望ましい。サーキュレータに限らず、カプラ、もしくはダイクロイックミラー、ファイバなどにおいても、従来技術では使用波長全域に対応する必要があるのに対して、本発明の実施形態の光断層画像化装置では、各光のそれぞれの波長域に対応していればよいため、使用する光学部品の要求使用を緩和することができ、部品のコストを低減することができる。 Alternatively, when the center wavelength of the sweep wavelength band is 1.0 μm, it is desirable to use TGG (Tb 3 Ga 5 O 12 ) for the circulator. In the conventional technology, the optical tomographic imaging apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the circulator, but the coupler, the dichroic mirror, the fiber, or the like needs to support the entire use wavelength range. Therefore, the required use of the optical component to be used can be relaxed, and the cost of the component can be reduced.
なお、本発明の光断層画像化装置は、上記波長帯域に限らず、測定対象Sの組成により使用する波長帯域を適宜変更することができる。たとえば測定対象Sとの相互作用が少ない波長帯域(例えば水の分散の影響の少ない1000nm帯)の光と、測定対象との相互作用が大きい波長帯域(例えば800nm帯)の光を合波することで、高分解能な断層画像情報を得ると共に、測定対象の吸収特性、分散特性、蛍光特性、などの分光情報を同時に測定することができる。 The optical tomographic imaging apparatus of the present invention is not limited to the above wavelength band, and the wavelength band to be used can be changed as appropriate depending on the composition of the measuring object S. For example, light in a wavelength band with a small interaction with the measurement target S (for example, a 1000 nm band with little influence of water dispersion) and light in a wavelength band with a large interaction with the measurement target (for example, a 800 nm band) are combined. Thus, high-resolution tomographic image information can be obtained, and spectral information such as absorption characteristics, dispersion characteristics, and fluorescence characteristics of the measurement object can be measured simultaneously.
本発明の光断層画像化装置を内視鏡に適用した場合、合波光源の光として、内視鏡に装備されているCCDの感度内の波長帯域、例えば中心波長850nmの光を用いれば、エーミング光として兼用することも可能であり、エーミング光源を別途設ける必要がなくなる。 When the optical tomographic imaging apparatus of the present invention is applied to an endoscope, if the wavelength band within the sensitivity of the CCD equipped in the endoscope, for example, light having a center wavelength of 850 nm is used as the light of the combined light source, It can also be used as aiming light, and it is not necessary to provide an aiming light source separately.
上記第1〜第9の実施形態の光断層画像化装置の光源ユニットから射出される2つの光は、異なる波長帯域を有するものである。従来、OCT装置で使用される光源は、そのスペクトルがガウス形状であることが理想とされていた。TD−OCT装置では、ガウス形状から外れたスペクトル形状を持つ光源を使用したときにはサイドローブが立つため、画像の分解能が悪化するという問題点があった。スペクトル信号を測定するFD−OCT計測では、光源スペクトルをあらかじめ測定し、そこから得られるフィルタ関数を干渉信号にかけることにより、ガウス形状のスペクトルであった場合に得られる信号に近づける処理が従来では行われている。しかし、断層画像を取得する深さ範囲に対応する光源スペクトルは連続である必要があり、例えば発光帯域の真ん中で光量がゼロとなる様な離散的なスペクトル波形においては適切な処理ができないとされていた。 The two lights emitted from the light source units of the optical tomographic imaging apparatuses of the first to ninth embodiments have different wavelength bands. Conventionally, an ideal light source used in an OCT apparatus has a Gaussian spectrum. In the TD-OCT apparatus, when a light source having a spectral shape deviating from a Gaussian shape is used, there is a problem in that the resolution of an image deteriorates because a side lobe stands. In the FD-OCT measurement for measuring a spectrum signal, a process of approximating a signal obtained when the spectrum is a Gaussian spectrum by measuring a light source spectrum in advance and applying a filter function obtained therefrom to an interference signal is conventionally performed. Has been done. However, the light source spectrum corresponding to the depth range from which the tomographic image is acquired must be continuous. For example, it is said that appropriate processing cannot be performed on a discrete spectrum waveform in which the light amount is zero in the middle of the emission band. It was.
また、従来のOCT装置では、高分解能測定を実現するために光源の波長帯域が広いことが望まれていた。光源としては安価で小型なスーパルミネッセンスダイオード(SLD)、あるいは半導体光アンプ(SOA)といった半導体光源が望ましいが、これらはその媒質の特性により利得帯域が限られるため、単体で連続的に100nmを超える帯域を実現するのは難しい。 Further, in the conventional OCT apparatus, it has been desired that the wavelength band of the light source is wide in order to realize high-resolution measurement. As a light source, a semiconductor light source such as an inexpensive and small super luminescence diode (SLD) or a semiconductor optical amplifier (SOA) is desirable. However, since the gain band is limited by the characteristics of the medium, the light source continuously exceeds 100 nm. Realizing bandwidth is difficult.
そこで、特許文献1に示すような複数の光源からの光を合波して波長帯域を広げる手法が考えられていた。このうち、複数の光源から射出される光を分岐比50:50のカプラを用いて合波する方法があるが、カプラで出力が双方の合計の半分になるために、光利用効率が悪くなってしまう。また、偏光ビームスプリッタを用いて合波する方法もあるが、この手法で合波できるのは2光までである。
In view of this, there has been considered a method of combining light from a plurality of light sources as shown in
つまり、OCT計測におけるフーリエ変換手法では、光源スペクトルが連続的であり広帯域である必要があったため、離散的な光La、Lbを射出する光源ユニット10は断層画像を取得する光源としては従来のOCT用光源としては適さない、と考えられてきた。
That is, in the Fourier transform method in the OCT measurement, the light source spectrum needs to be continuous and broadband, so that the
しかし、本発明の第1の実施形態において説明したように、広帯域な波長帯域ではなく異なる波長帯域を有する複数の光La、Lbを射出する光源ユニット10を用いた場合であっても高分解能な断層画像を得ることができることがわかった。このため、上述のような特定の特性に限定された光源ユニットを用いる必要がなくなる。さらに、断層画像処理手段50において波長が異なる2つの干渉光の反射強度から断層画像を生成するため、不連続なスペクトルの光源を用いた場合であってもサイドローブのない断層画像を取得することができ、高分解能の画像を得ることができる。
However, as described in the first embodiment of the present invention, even when the
また、異なる波長帯域を有する複数の光を用いて高分解能な断層画像を得ることができるため、多数の光を用いた高分解能のタイプと、少数の光を用いた安価な低分解能タイプとの切換が可能になり、要求に応じた測定が可能になる。 In addition, since a high-resolution tomographic image can be obtained using a plurality of lights having different wavelength bands, a high-resolution type using a large number of lights and an inexpensive low-resolution type using a small number of lights. Switching is possible, and measurement according to demand is possible.
なお、上記第1〜第8の実施形態および変形例の光断層画像化装置は全て、SS−OCT装置であり、背景技術の項において述べたように、SD−OCT装置に比べて、測定レートの点で有利である。具体的には例えば、波長帯域200nm、波長分解能0.1nmのOCT装置を考えた場合、高分解能、光画質の断層画像を得るためには、2000点以上のデータ点数が必要であり、より正確なスペクトル形状を知るためには4000点以上のデータ点数が望ましい。また、OCT装置としては2次元断層画像を動画表示することが望ましく、例えば、測定波長帯域のデータ点数が2000点、光軸と垂直な方向のライン数が1000ラインの画像を繰り返しレート10Hzで表示する場合、データ読み出しレートは20MHzが必要となる。 Note that the optical tomographic imaging apparatuses of the first to eighth embodiments and the modifications are all SS-OCT apparatuses, and as described in the background section, the measurement rate is higher than that of the SD-OCT apparatus. This is advantageous. Specifically, for example, when an OCT apparatus having a wavelength band of 200 nm and a wavelength resolution of 0.1 nm is considered, in order to obtain a tomographic image with high resolution and optical image quality, more than 2000 data points are required, and more accurate. In order to know the correct spectrum shape, a data score of 4000 points or more is desirable. In addition, it is desirable for the OCT apparatus to display a two-dimensional tomographic image as a moving image. For example, an image with 2000 data points in the measurement wavelength band and 1000 lines in the direction perpendicular to the optical axis is displayed at a repetition rate of 10 Hz. In this case, a data read rate of 20 MHz is required.
前述のように、SD−OCT装置において、データ点数を増加させるためにはディテクタの素子数を増加させることが必要である。OCT装置における一般的な光源波長である近赤外域に受光感度を持つInGaAs素子のディテクタアレイで現在入手可能なものとしては、素子数1024個(例えばSensors Unlimited Inc.,社製、型番SU−LDV−1024LE)のものが挙げられるが、このようなものは高価である。データ点数を2000点以上、または4000点以上取得するには、高価な素子数1024個のディテクタアレイを最低2個、望ましくは4個以上接続して使用する必要がある。また、複数のディテクタアレイを接続する場合、高精度な位置調整が必要とされる。さらに、上記の素子数1024個のディテクタアレイと、素子数512個のディテクタアレイ(Sensors Unlimited Inc.,社製、型番SU−LDV−512LD)の仕様を比較すると、最大ラインレートが素子数512個のディテクタアレイでは12820flame/秒であるのに対し、素子数1024個のディテクタアレイでは4266flame/秒であり、素子数が増加するに伴い、1ラインの読み出しレートは低下している。このような1ラインの読み出しレートの低下は、画像のフレームレートを低下させるという点で問題である。 As described above, in the SD-OCT apparatus, in order to increase the number of data points, it is necessary to increase the number of detector elements. As a currently available detector array of InGaAs elements having light receiving sensitivity in the near-infrared region, which is a general light source wavelength in an OCT apparatus, there are 1024 elements (for example, Sensors Unlimited Inc., model number SU-LDV). -1024LE), which are expensive. In order to acquire the number of data points of 2000 points or more, or 4000 points or more, it is necessary to connect and use at least two detector arrays having 1024 expensive elements, preferably four or more. Further, when connecting a plurality of detector arrays, highly accurate position adjustment is required. Furthermore, when comparing the specifications of the above-mentioned detector array with 1024 elements and a detector array with 512 elements (sensors unlimited Inc., model number SU-LDV-512LD), the maximum line rate is 512 elements. In this detector array, it is 12820 frames / second, whereas in a detector array with 1024 elements, it is 4266 frames / second, and the read rate of one line decreases as the number of elements increases. Such a decrease in the readout rate of one line is a problem in that the frame rate of the image is decreased.
これに対して、SS−OCT装置では、ディテクタのサンプリング間隔を増加させる事で、データ点数の増加は安価に実現できる。前述の例で言えば、光軸と垂直方向1000ラインの画像を10Hzで表示する場合、データ点数が4000点の場合でも40MHzのサンプリングレートでデータを取得すれば良い。これは、フォトダイオード1素子と安価な電気回路で十分に実現可能なレベルである。 On the other hand, in the SS-OCT apparatus, the increase in the number of data points can be realized at low cost by increasing the sampling interval of the detector. In the above example, when an image of 1000 lines perpendicular to the optical axis is displayed at 10 Hz, data may be acquired at a sampling rate of 40 MHz even when the number of data points is 4000. This is a level that can be sufficiently realized with one photodiode and an inexpensive electric circuit.
また、測定光を広帯域化する場合、SD−OCT装置では、干渉光検出手段におけるグレーティング等の波長分散素子、レンズ等の集光素子など光学設計の変更が必要であるが、SS−OCT装置では、WDMカプラとディテクタを追加するだけで済むため、容易に実現できる。 In the case of widening the measurement light, in the SD-OCT apparatus, it is necessary to change the optical design such as a wavelength dispersive element such as a grating in the interference light detection means and a condensing element such as a lens. In the SS-OCT apparatus, Since it is only necessary to add a WDM coupler and a detector, this can be realized easily.
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々の変形が可能である。例えば、上記例では1つの利得媒質から1つの光が射出される例について説明したが、1つの利得媒質から波長が異なる複数の光が射出される多色光源を用いてもよい。この場合は、例えば、図10、図13、図15、図16に示す光断層画像化装置の光源ユニット10を多色光源に置換すればよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible unless it changes the summary of invention. For example, although an example in which one light is emitted from one gain medium has been described in the above example, a multicolor light source in which a plurality of lights having different wavelengths are emitted from one gain medium may be used. In this case, for example, the
また、上記例では、説明を簡単にするために2つの光を用いた例について説明したが、3以上の光でもよい。n個の光を用いる場合には、例えばn×1のWDMカプラや複数個のWDMカプラを用いることで構成可能である。図17は、4つの波長掃引光源1〜4から射出される光を用いるn=4の場合に、2つの2×1のWDMカプラ15、16および1つの2×2のWDMカプラ17を用いて合波する構成例を示す。また、図18は、4つの波長掃引光源1〜4から射出される光を用いるn=4の場合に、1つの4×1のWDMカプラ18で合波する構成例を示す。
In the above example, an example using two lights has been described in order to simplify the description, but three or more lights may be used. In the case of using n pieces of light, for example, an n × 1 WDM coupler or a plurality of WDM couplers can be used. FIG. 17 shows a case where two 2 × 1
または、特許文献3、特許文献4に記載された光源を一組とし、複数組の光源を合波する構成を採用してもよい。
Or you may employ | adopt the structure which makes the light source described in
上記各実施形態では、光源ユニットとしてファイバリング型波長掃引光源を用いて例を挙げたが、その他の構成の波長掃引光源を用いてもよく、例えば波長選択手段として回折格子、ポリゴン、バンドパスフィルタ等、利得媒質として希土類ドープファイバ等を用いた波長走査光源も適用可能である。波長掃引は、連続的な掃引が好ましいが、不連続的な波長変化であってもよい。また各光の波長掃引時間は、互いに異なる時間であってもよい。 In each of the above embodiments, the fiber ring type wavelength swept light source is used as the light source unit. However, a wavelength swept light source having another configuration may be used. For example, a diffraction grating, a polygon, or a band pass filter may be used as the wavelength selection unit. A wavelength scanning light source using a rare earth doped fiber or the like as a gain medium is also applicable. The wavelength sweep is preferably a continuous sweep, but may be a discontinuous wavelength change. Further, the wavelength sweep time of each light may be different from each other.
また、上記実施形態では、光源ユニットから射出される光のスペクトルが略ガウス形状のものを例にとり説明したが、これに限定するものではなく、例えば波長に対して光強度が一定であるスペクトルであってもよい。 In the above-described embodiment, the spectrum of light emitted from the light source unit is described as an example having a substantially Gaussian shape. However, the present invention is not limited to this. For example, the spectrum has a constant light intensity with respect to the wavelength. There may be.
ひとつの光源の発光波長域は、例示した波長幅に限る物ではないが、単一光源においてOCT計測が可能な所定の波長帯域以上である必要がある。所定の波長帯域として明確な境界値はないが、おおよそ分解能1mmオーダより小さいシステムを想定しており、光の周波数帯域でおおよそ数10GHz以上のオーダである。 The emission wavelength range of one light source is not limited to the illustrated wavelength width, but it needs to be equal to or greater than a predetermined wavelength band that allows OCT measurement with a single light source. There is no clear boundary value for the predetermined wavelength band, but a system with a resolution of approximately 1 mm or less is assumed, and the frequency band of light is on the order of several tens of GHz or more.
また、上記実施形態では、光ファイバにより光を導波し、光カプラやWDMカプラにより合分波する例を示しているが、ミラー、プリズム、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等により空間的に合分波するバルク光学系で構成してもよい。波長分割、波長合波手段には、WDMカップラ、ダイクロイックミラーの他、回折格子を利用した構成でもよい。光ファイバプローブの代わりに、空間伝搬した光をガルバノミラーで走査する構成でも良い。 In the above embodiment, an example is shown in which light is guided by an optical fiber and multiplexed / demultiplexed by an optical coupler or a WDM coupler, but spatially multiplexed / demultiplexed by a mirror, prism, dichroic mirror, dichroic prism, or the like. A bulk optical system may be used. In addition to the WDM coupler and the dichroic mirror, the wavelength division and wavelength multiplexing means may be configured using a diffraction grating. Instead of the optical fiber probe, a configuration in which the spatially propagated light is scanned by a galvanometer mirror may be used.
また、上記実施形態では、測定対象から反射、もしくは後方散乱された光を測定する場合を例にとり説明したが、測定対象がガラスブロックや透明フイルムなどの透明媒体の場合、それらの面内屈折率分布、厚み分布、複屈折などを導出するために、反射光の代わりに透過光を測定することがある。そのような場合は、反射光の代わりに透過光を合波手段に導波して、この透過光と参照光を合波するようにすればよく、上記実施形態におけるその他の構成や方法はそのまま適用可能である。 Further, in the above embodiment, the case where light reflected or backscattered from a measurement target is measured has been described as an example. In order to derive distribution, thickness distribution, birefringence, and the like, transmitted light may be measured instead of reflected light. In such a case, the transmitted light may be guided to the multiplexing means instead of the reflected light, and the transmitted light and the reference light may be combined, and the other configurations and methods in the above embodiment are not changed. Applicable.
2 合波手段
3、3a、3b 光分割手段
4、4a、4b サーキュレータ
5、5a、5b 波長分割手段
6a、6b 合分波手段
7、7a、7b 光路長調整手段
10、20 光源ユニット
10a、10b、20a、20b 光源
30、430 プローブ
40a、40b 干渉光検出手段
50、55 断層画像処理手段
60 表示装置
100、200、250、300、400 光断層画像化装置
500、600、700、800 光断層画像化装置
705、806、807 波長分割手段
ISa、ISb 干渉信号
La、Lb 光
L1a、L1b 測定光
L2a、L2b 参照光
L3a、L3b 反射光
L4a、L4b 干渉光
S 測定対象
Δλa、Δλb 波長帯域
2 Multiplexing means 3, 3a, 3b Light splitting means 4, 4a,
Claims (10)
前記第1の光および第2の光をそれぞれ第1および第2の測定光と第1および第2の参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記第1および第2の測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光である第1および第2の反射光と前記第1および第2の参照光とをそれぞれ合波する合波手段と、
該合波手段により前記第1の反射光と前記第1の参照光とが合波されたときに生ずる第1の干渉光を第1の干渉信号として検出する第1の干渉光検出手段と、
前記合波手段により前記第2の反射光と前記第2の参照光とが合波されたときに生ずる第2の干渉光を第2の干渉信号として検出する第2の干渉光検出手段と、
前記第1および第2の干渉光検出手段により検出された前記第1および第2の干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えた光断層画像化装置であって、
前記測定対象からの前記反射光または前記干渉光を、該反射光または該干渉光の波長が、第3の波長帯域内である場合には前記第1の干渉光検出手段側へ射出し、前記第3の波長帯域とは離れた第4の波長帯域内である場合には前記第2の干渉光検出手段側へ射出し、前記第3の波長帯域と前記第4の波長帯域の間の第5の波長帯域内である場合には、前記第1の干渉光検出手段側および第2の干渉光検出手段側へ射出する波長分割手段を有し、
前記第1の波長帯域および/または前記第2の波長帯域が、前記第5の波長帯域の少なくとも一部の波長帯域を含むものであり
前記断層画像が、前記第1の光源および前記第2の光源の一方から前記第5の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、前記一方の光源から射出されている光に基づいた前記第1の干渉信号または前記第2の干渉信号のみを用いて生成されているものであることを特徴とする光断層画像化装置。 A first light source that emits first light whose wavelength is repeatedly swept within a first wavelength band, and a wavelength that is repeatedly swept within a second wavelength band that is different from the first wavelength band. A light source unit having a second light source that emits second light, wherein a part of the sweep of the first light and a part of the sweep of the second light are performed simultaneously;
Light splitting means for splitting the first light and the second light into first and second measurement light and first and second reference light, respectively;
The first and second reflected light and the first and second reflected light that are reflected from the measurement object when the measurement object is irradiated with the first and second measurement lights divided by the light dividing means A combining means for respectively combining the reference light of
First interference light detection means for detecting, as a first interference signal, first interference light generated when the first reflected light and the first reference light are multiplexed by the multiplexing means;
Second interference light detection means for detecting, as a second interference signal, second interference light generated when the second reflected light and the second reference light are multiplexed by the multiplexing means;
An optical tomographic imaging apparatus comprising: a tomographic image processing unit configured to generate a tomographic image of the measurement target using the first and second interference signals detected by the first and second interference light detection units. There,
The reflected light or the interference light from the measurement object is emitted to the first interference light detection means side when the wavelength of the reflected light or the interference light is within a third wavelength band, When it is within a fourth wavelength band that is distant from the third wavelength band, the light is emitted to the second interference light detection means side, and the second wavelength band between the third wavelength band and the fourth wavelength band is emitted. 5 having a wavelength division unit that emits light to the first interference light detection unit side and the second interference light detection unit side,
The first wavelength band and / or the second wavelength band includes at least a part of the fifth wavelength band, and the tomographic image includes the first light source and the second wavelength band. While light having a wavelength within the fifth wavelength band is emitted from one of the light sources, only the first interference signal or the second interference signal based on the light emitted from the one light source An optical tomographic imaging apparatus characterized by being generated using
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